Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Факультет «Автотракторный»
Кафедра «Эксплуатация автомобильного транспорта»
Асинхронный двигательРЕФЕРАТпо дисциплине «Общая электротехника и электроника»
Когда сопротивление ротора доминирует в сопротивлении ротора и наоборот? Ток, который течет, в значительной степени ограничивается сопротивлением ротора, а не реактивным. Когда ротор неподвижен, = Это означает, что ротор видит полночастотную частоту, и его реактивность является доминирующей по сравнению с ее сопротивлением.
Почему сумма потерь в сердечнике ротора и потерь на трение и обмотки трехфазного асинхронного двигателя почти постоянна при всех нагрузках? При отсутствии нагрузки максимальная скорость ротора. Частота и, следовательно, потери сердечника ротора практически равны нулю. Однако потери на трение и ветровые нагрузки являются максимальными.
Проверил________ /Крымский В.В/_______________20____г.Автор работыстудент группы АТ-262__________/Иванов В.Д./_______________20____г.Реферат защищёнс оценкой (прописью, цифрой)_______________/ /_______________20____г.
Введение. 4
Асинхронные электродвигатели. 5
Короткозамкнутый ротор. Ротор асинхронной машины типа "беличья клетка. 6
Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая "беличья клетка" из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. В машинах малой и средней мощности ротор обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями "беличьей клетки" отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию самого ротора и вентиляцию машины в целом. В машинах большой мощности "беличью клетку" выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца. 6
Когда нагрузка увеличивается, скорость ротора уменьшается и, следовательно, частота вращения ротора увеличивается. Следовательно, потери в сердечнике ротора возрастают, а трение и потери в ветре уменьшаются. Обнаружено, что при всех нагрузках потери сердечника ротора плюс потери на трение и ветвление остаются практически постоянными.
Объясните утверждение, что асинхронный двигатель принципиально является трансформатором? Асинхронный двигатель в основном представляет собой трансформатор, в котором статор является основным, а ротор является короткозамкнутым вторичным. Это очевидно, особенно когда ротор неподвижен. Ток ротора устанавливает поток, который противостоит и, следовательно, имеет тенденцию ослабить поток статора.
Способы управления асинхронным двигателем. 6
Принцип работы асинхронных электродвигателей. 9
Фазный ротор. 10
Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме "звезда" и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора: 10
Это приводит к увеличению тока в обмотке статора, так как увеличение вторичного тока в трансформаторе вызывает соответствующее увеличение первичного тока. Очень часто анализ асинхронного двигателя производится на тех же линиях, что и трансформатор с модификацией, при которой короткозамкнутая вторичная обмотка считается вращающейся.
Каковы существенные различия между 3-фазным асинхронным двигателем и трансформатором? Существенные различия между трехфазным асинхронным двигателем и силовым трансформатором. В отличие от трансформатора, магнитная цепь 3-фазного асинхронного двигателя имеет воздушный зазор. Это в значительной степени увеличивает сопротивление магнитной цепи двигателя. Следовательно, ток намагничивания, создаваемый асинхронным двигателем, намного больше, чем ток силового трансформатора.
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором. 11
Способы управления асинхронным двигателем. 12
Реостатное регулирование. 12
Основные неисправности асинхронного двигателя с фазным ротором 14
Заключение 15
Список литературы 16
Введение.
Трехфазный асинхронный электрический двигатель отличается от однофазного асинхронного двигателя тем, что на однофазном двигателе, точнее на его статоре, помещена однофазная обмотка, и называется главной обмоткой или же рабочей обмоткой.
Обмотки силового трансформатора являются цилиндрическими, в то время как обмотки асинхронного двигателя распределены. В трехфазном асинхронном двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Однако в трансформаторе электрическая энергия передается от одной цепи к другой, как правило, с изменением уровня напряжения.
Трансформатор является статическим устройством, и поэтому потери трения и потери мощности отсутствуют. 3-фазный асинхронный двигатель представляет собой вращающуюся машину, в которой участвуют потери на трение и ветровые нагрузки. По этой причине эффективность трансформатора больше, чем эффективность асинхронного двигателя.
Ротор однофазного двигателя по построению такой же, как и трехфазный асинхронный двигатель. Однофазные асинхронные электрические двигатели находят большое использование небольшой мощности - до 2 кВт. Однофазные асинхронные электрические двигатели мощностью до 500 Вт используют в бытовых электрических устройствах. Начальный (пусковой) вращающий момент отсутствует у электрических однофазных асинхронных двигателей. Отчего при подключении главной обмотки двигателя в сеть с одной фазой его ротор не может совершать обороты.
В чем преимущество двойного асинхронного двигателя с короткой клеткой? Преимущество двухцилиндрового двигателя заключается в том, что он обеспечивает высокий пусковой момент и низкий пусковой ток. Как работает асинхронный двигатель с двойным белком, при запуске в условиях работы?
Двигатель с двойной белой клеткой имеет две витки ротора, один внутри другой. импеданс внешней обмотки меньше, чем у внутренней обмотки, что приводит к значительной части тока, протекающего во внешней высокоомной обмотке. Это обеспечивает хороший пусковой момент.
Для обеспечения запуска однофазного двигателя, на статоре устанавливают ещё одну обмотку - пусковую. Относительно главной обмотки она расположена под углом 90° и соединена последовательно с конденсатором или катушкой индуктивности. На момент подключения в сеть пусковой и главной обмоток образовываемые ими магнитные потоки создают вращающееся магнитное поле. Благодаря чему в роторе появляется индукционный ток. Вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора и магнитного поля, создаваемого индукционным током в роторе, ротор приходит во вращение.
По мере ускорения двигателя частота ротора уменьшается, тем самым снижая реактивность внутренней обмотки, позволяя ей нести большую долю от общего тока. При нормальной рабочей частоте частота вращения ротора настолько низка, что почти весь ток ротора протекает в низкоомной внутренней клетке, что приводит к высокой эффективности и хорошему регулированию скорости.
Как изменилась скорость асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором? Ясно, что частота подачи и количество полюсов являются единственными переменными факторами, определяющими синхронную скорость. Изменение частоты невозможно, поскольку двигатель подключен к коммерческому источнику питания, который имеет фиксированную частоту. Поэтому скорость асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может изменяться путем изменения количества полюсов. Многоскоростные двигатели с короткозамкнутым ротором снабжены обмотками статора, которые могут быть вновь подключены для формирования различного количества полюсов.
На время вращения ротора, образуется скольжение, следовательно, пусковая обмотка в таком случае просто не нужна и её отключает инерционный (центробежный) выключатель или специальное реле. Трехфазный асинхронный двигатель можно использовать и в качестве однофазного. Но недостаток такого метода заключается в необходимости использования дорогостоящих конденсаторов большой емкости, поскольку на каждые 100 Вт мощности требуется конденсатор с емкостью приблизительно 10 мкФ.
Асинхронный двигатель имеет пассивный ротор, который замыкается на короткое замыкание постоянно или временно. Он может производить до нескольких мегаватт и чаще всего используется в качестве стандартного трехфазного двигателя в промышленных приложениях.
Магнитное поле в асинхронном двигателе генерируется током намагничивания через предусмотренную электрическую энергию. Асинхронные двигатели характеризуются скольжением, т.е. е. зависящая от нагрузки разность между скоростью ротора и скоростью поворотного поля напряжения питания.
Асинхронные электродвигатели.
В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.
Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.
Погружной двигатель частично или полностью погружен и обычно устанавливается в вертикальном положении. Тепло, вырабатываемое двигателем, передается непосредственно в окружающую жидкость. Его определяющей особенностью является корпус двигателя, который смачивается снаружи. Внутренняя смачивающая и погружная глубина отличают масляные или воздушные погружные двигатели для малых и средних глубин погружения от полностью погружных двигателей. Рис. 3, 4. Полностью погружные двигатели смачиваются жидкостью, обрабатываемой внутри и снаружи.
Асинхронная машина - это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.
В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. В России асинхронными машинами стали называть машины, которые являются индукционными.
Они построены для любой глубины погружения и, прежде всего, используются в скважинах, поэтому они имеют небольшой диаметр и относительно длинные. Полностью погружные двигатели могут быть оснащены обмоткой мокрого статора или, в сочетании с банкой, сухой обмоткой.
В этой статье вы найдете примечания к исследованию на трехфазной индукционной машине-1, которая будет охватывать такие темы, как трехфазная индукционная машина, типы ротора, принцип работы, поток мощности, скольжение, эквивалентная схема схемы трехфазной Индукционные машины.
Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.
Достоинства асинхронных электродвигателей:
Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.
В настоящее время наиболее распространенным асинхронным двигателем является двигатель ротора сепаратора. В асинхронном двигателе иногда называют вращающимся трансформатором, потому что статор является по существу первичной стороной трансформатора, а ротор является вторичной стороной. Ротор белой клетки Ротор раны. . Ротор с короткозамкнутым ротором В роторе с короткозамкнутым ротором обмотка ротора состоит из отдельных медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах и коротко замыкаемых концевыми кольцами с обеих сторон ротора.
Недостатки:
1. Небольшой пусковой момент.
2. Значительный пусковой ток.
Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т.п.
Один или два вентилятора прикреплены к валу по сторонам ротора для охлаждения цепи. В раневом роторе изолированная 3-фазная обмотка, подобная обмотке обмотки статора для того же числа полюсов, что и статор, помещается в прорези ротора. Концы обмотки ротора, соединенные звездой, приводятся к трем кольцам на валу, чтобы можно было установить соединение для запуска или управления скоростью. По сравнению с роторами с короткозамкнутым ротором, двигатели с роторным ротором являются дорогостоящими и требуют обслуживания колец скольжения и щеток, поэтому это не так распространено в промышленности. Ротор имеет обмотку так же, как статор, и конец каждой фазы соединен с кольцом скольжения. Каждый фазовый ток создает магнитный поток. и между каждым потоком существует физический сдвиг в 120 °. Суммирование трех потоков переменного тока приводит к вращающемуся потоку, который вращается с постоянной скоростью и имеет постоянную амплитуду. Таким образом, магнитное поле индуцирует напряжение в короткозамкнутых стержнях ротора. Взаимодействие вращающегося потока и тока ротора генерирует силу, приводящую в движение двигатель, и поэтому крутящий момент развивается. Крутящий момент пропорционален плотности потока и току стержня ротора. Скорость двигателя меньше, чем синхронная скорость. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения вращающегося магнитного поля в воздушном зазоре.
- Обычно это для крупных трехфазных асинхронных двигателей.
- Это напряжение возбуждает ток через стержни.
Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл. град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам "треугольник" или "звезда" и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения (вращения) магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным (набранным из пластин) из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.
Эквивалентная цепь асинхронного двигателя. Энергия полностью переносится из первичной обмотки во вторичную обмотку индукцией, поэтому асинхронный двигатель по существу является трансформатором. В состоянии покоя асинхронный двигатель фактически представляет собой статический трансформатор с короткой замыканием вторичной обмотки.
Где, = эффективные обороты статора на фазу =. Эффективные повороты ротора на фазу =. Электрод с переменным током, в котором первичная обмотка на одном элементе соединена с источником питания, а вторичная обмотка на другом элементе несет только ток, индуцированный магнитным полем первичной обмотки.
По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора - из электротехнической стали и шихтованным.
Электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Он работает по принципу взаимодействия вращающегося магнитного поля, возникающего в результате прохождения трехфазного переменного тока через обмотки на статоре, и тока, вызванного статором в обмотках на роторе. Таким образом, ротор выполняет асинхронное вращение относительно поле. Он показал, что медный диск, прикрепленный к вертикальной оси, начинает вращаться, если над ним вращается постоянный магнит. Бейли получил вращающееся магнитное поле, последовательно соединяя обмотки четырехполосных электромагнитов с источником постоянного тока.
Короткозамкнутый ротор. Ротор асинхронной машины типа "беличья клетка.
Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая "беличья клетка" из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. В машинах малой и средней мощности ротор обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями "беличьей клетки" отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию самого ротора и вентиляцию машины в целом. В машинах большой мощности "беличью клетку" выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца.
Описаны устройства, которые также основаны на свойствах вращающегося магнитного поля. Этот тип асинхронного двигателя не стал популярным, главным образом из-за плохих начальных характеристик. Доливо-Добровольский разработал и испытал первый в мире трехфазный асинхронный двигатель, в котором использовался ротор типа «белка-клетка», а обмотка статора была помещена в пазы по всей периферии статора.
Бушерот, который представил асинхронный двигатель с ротором, как двигатель со специальными стартовыми характеристиками. Конструкция асинхронных двигателей, их мощность и их размеры зависят от целей и условий эксплуатации. Например, есть двигатели с воздушным и водяным охлаждением; герметичные, масляные и взрывобезопасные двигатели; пылезащитные и распылительные типы; и так далее. Некоторые типы асинхронных двигателей разработаны и изготовлены в комплекте с блоками управления, стартер-защитным устройством и встроенными редукторами.
Зачастую пазы ротора или статора делают скошенными для уменьшения высших гармонических ЭДС, вызванных пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, магнитное сопротивление которых существенно ниже магнитного сопротивления обмотки, а также для снижения шума, вызываемого магнитными причинами. Для улучшения пусковых характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а именно, увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока, на роторе применяют специальную форму паза. При этом внешняя от оси вращения часть паза ротора имеет меньшее сечение чем внутренняя. Это позволяет использовать эффект вытеснения тока, за счет которого увеличивается активное сопротивление обмотки ротора при больших скольжениях (при пуске).
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком "беличьей клетки". Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие механического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание. При специальной конструкции ротора, когда магнитопровод "ротора" остается неподвижным, а вращается в магнитном зазоре только полый цилиндр из алюминия (беличья клетка или короткозамкнутая обмотка ротора) можно достичь малой инерционности двигателя.
Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором.
Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть - статор и вращающая часть, называемая ротором.
Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки можно соединить по схеме ""звезда"" или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.
Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.
Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток - ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка - сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.
На рис. приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактные кольца, 5 - щетки.
У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины. На рис. приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.
В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).
Асинхронный двигатель с фазным роторомимеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.
Принцип работы асинхронных электродвигателей.
Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т.е. ω1=2πf/p
Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т.е. несинхронный.
Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s= (ω1-ω2) /ω1
Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.
При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.
Фазный ротор.
Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме "звезда" и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора:
включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы. Снижая пусковой ток, добиваются увеличения пускового момента до максимального значения (в первый момент времени). Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке или требующих плавного регулирования скорости.
включают индуктивности (дроссели) в каждую фазу ротора. Сопротивление дросселей зависит от частоты протекающего тока, а, как известно, в роторе в первый момент пуска частота токов скольжения наибольшая. По мере раскрутки ротора частота индуцированных токов снижается, и вместе с нею снижается сопротивление дросселя. Индуктивное сопротивление в цепи фазного ротора позволяет автоматизировать процедуру запуска двигателя, а при необходимости - "подхватить" двигатель, у которого упали обороты из-за перегрузки. Индуктивность держит токи ротора на постоянном уровне.
включают источник постоянного тока, получая таким образом синхронную машину.
включают питание от инвертора, что позволяет управлять оборотами и моментными характеристиками двигателя. Это особый режим работы (машина двойного питания). Возможно включение напряжения сети без инвертора, с фазировкой, противоположной той, которой запитан статор.
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором.
Пусковые условия асинхронного двигателя с фазной обмоткой ротора можно существенно улучшить ценой некоторого усложнения конструкции и обслуживания двигателя.
Т.к. активное сопротивление фазной обмотки ротора относительно мало, то для получения максимального начального пускового момента необходимо в цепь ротора включить пусковой реостат с сопротивлением фазы
Как только ротор начинает вращаться, уменьшается скольжение, а в месте с ним ЭДС и ток ротора, вследствие чего уменьшается вращающий момент. Чтобы двигатель продолжал развивать вращающий момент, близкий к максимальному, сопротивление пускового реостата нужно постепенно уменьшать. Наконец когда двигатель достигает номинальной частоты вращения, пусковой реостат замыкают накоротко.
Для уменьшения механических потерь и износа колец и щеток двигатели снабжаются иногда приспособлением для подъема щеток и замыкания колец накоротко.
Чем больше должен быть пусковой момент, чем ближе он к максимальному моменту, тем больше будет и пусковой ток. По этой причине лишь для особо тяжелых условий пуска реостат подбирается так, чтобы пусковой момент был равен максимальному.
Чтобы пусковой реостат в течение времени пуска не перегревался, его мощность должна примерно равняться мощности двигателя. Для двигателей большой мощности пусковые реостаты изготавливаются с масляным охлаждением.
Конечно, применение пускового реостата значительно улучшает пусковые условия асинхронного двигателя, повышая пусковой момент и уменьшая пусковой ток.
Способы управления асинхронным двигателем.
Под управлением асинхронным двигателем переменного тока понимается изменение частоты вращения ротора и/или его момента. Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем:
реостатный - изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент;
частотный - изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь
переключением обмоток со схемы "звезда" на схему "треугольник" в процессе пуска двигателя, что даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три раза, но в то же время снижается и момент;
импульсный - подачей напряжения питания специального вида (например, пилообразного);
введение добавочной э. д. с с согласно или противонаправлено с частотой скольжения во вторичную цепь.
изменением числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для к. з. роторов);
изменением амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (или действующее значение) управляющего напряжения. Тогда векторы напряжений управления и возбуждения остаются перпендикулярны (автотрансформаторный пуск);
фазовое управление характерно тем, что изменение частоты вращения ротора достигается путём изменения сдвига фаз между векторами напряжений возбуждения и управления;
амплитудно-фазовый способ включает в себя два описаных способа;
включение в цепь питания статора реакторов;
индуктивное сопротивление для двигателя с фазным ротором.
Реостатное регулирование.
В трехфазных асинхронных двигателях с фазным ротором применяется реостатный способ регулирования частоты вращения ротора. Это достигается введением в цепь фазных обмоток ротора регулируемого трехфазного реостата, как при пуске двигателя. Но этот реостат должен быть рассчитан на длительную нагрузку током ротора, а не на кратковременную, как пусковой реостат. Увеличение активного сопротивления цепи ротора изменяет характеристику М вр (s) - делает ее более мягкой. Если при постоянном моменте на валу двигателя увеличивать активное сопротивление цепи ротора путем постепенного увеличения сопротивления реостата (r p 1 < r p 2 < r p 3 ), то рабочая точка будет с одной кривой М вр (s) на следующую, соответствующую возросшему сопротивлению цепи ротора, соответственно чему растет скольжение, а, следовательно, уменьшается частота вращения двигателя. Этим путем можно изменять частоту вращения ротора в пределах от номинальной до полной остановки. Недостатком такого способа регулирования являются относительно большие потери энергии.
Основные неисправности асинхронного двигателя с фазным ротором
|
Неисправность |
Возможная причина |
|
Не развивает номинальную скорость вращения и гудит |
Одностороннее притяжение ротора вследствие: а) износа подшипников; б) перекоса подшипниковых щитов; в) изгиба вала |
|
Плохо развивает скорость и гудит, ток во всех трех фазах различен и даже на холостом ходу превышает номинальный |
1. Неправильно соединены обмотки и одна из фаз оказалась "перевернутой" 2. Оборван стержень обмотки ротора |
|
Ротор не вращается или вращается медленно, двигатель гудит |
Оборвана фаза обмотки статора |
|
Вибрирует вся машина |
1. Нарушено центрирование соединительных полумуфт или соосность валов 2. Неуравновешены ротор, шкив и полумуфты |
|
Вибрация исчезает после отключения от сети, ток в фазах статора становится неодинаков, один из участков обмотки статора быстро нагревается |
Короткое замыкание в обмотке статора |
|
Перегревается при номинальных перегрузках |
1. Витковое замыкание в обмотке статора 2. Загрязнение обмоток или вентиляционных каналов |
|
Низкое сопротивление |
1. Увлажнение или загрязнение обмоток 2. Старение изоляции |
Заключение
Асинхронные электрические двигатели трехфазного типа с короткозамкнутым ротором широко используют в народном хозяйстве, однако такие двигатели обладают рядом недостатков: отсутствует плавное регулирование частоты вращения, большой пусковой ток и др. Но все это можно обойти, если же вместо ротора воспользоваться фазным ротором.
Подобающим образом устроен фазный ротор: трехфазная обмотка размещена в пазах ротора, (обмотка подобная обмотке статора); звездой соединены фазы обмотки ротора; начала фаз соединены с изготовленными из латуни или меди тремя контактными кольцами, которые в свою очередь укреплены на одном валу с ротором. Соответственно контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К контактным кольцам хорошо прижаты металло-графитные или угольные щётки, установленные на щёткодержателе, укрепленном на подшипниковом щите.
Для запуска двигателя с фазным ротором щётки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами. Эти самые реостаты дают возможность понизить пусковой ток, так как из-за них усиливается всеобщее сопротивление обмотки ротора.
Реостаты применяют для плавного регулирования частоты вращения двигателя, а также в изменении других рабочих характеристик.
Список литературы
1. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 1. Под редакцией Копылова И.П. Москва: Энергоатомиздат 1993. - 464 с.
2. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. Для электромех. спец. Вузов / Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А. Е.; Под ред. И.П. Копылов-М.: Высшая школа, 1988,-328 с.
Кузнецов М.И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10-е, перераб. "Высшая школа"
Лекции по электрическим машинам
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (рис. 249 и 250) состоит из следующих основных частей: статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой и остов. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не соединена ни с какой внешней цепью), что определяет высокую надежность такого двигателя.
Магнитная система. Асинхронная машина в отличие от машины постоянного тока не имеет явно выраженных полюсов. Такую магнитную систему называют неявнополюсной. Число полюсов в машине определяется числом катушек в обмотке статора и схемой их соединения. В четырехполюсной машине (рис. 251) магнитная система состоит из четырех одинаковых ветвей, по каждой из которых проходит половина магнитного потока Ф п одного полюса, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной - шесть и т. д. Так как через все элементы магнитной системы проходит переменный магнитный поток, то не только ротор 1, но
Рис. 249. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: 1 - остов; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - стержни обмотки ротора; 5 - подшипниковый щит; 6 - вентиляционные лопатки ротора; 7 - вентилятор; 8 - коробка выводов
Рис. 250. Электрическая схема асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 - статор; 2 - ротор
Рис.251. Магнитное поле четырехполюсной асинхронной машины
Рис. 252. Листы ротора (а) и статора (б)
Рис. 253. Пакет собранного статора (а) и статор с обмоткой (б)
и статор 2 выполняют из листов электротехнической стали (рис. 252), изолированных один от другого изоляционной лаковой пленкой, окалиной и пр. В результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали статора и ротора при вращении магнитного поля. Листы статора и ротора имеют пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы, в которых располагаются проводники соответствующих обмоток. В статоре чаще всего применяют полузакрытые пазы прямоугольной или овальной формы, в машинах большой мощности - открытые пазы прямоугольной формы.
Сердечник статора 1 (рис. 253, а) запрессовывают в литой остов 3 и укрепляют стопорными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который вращается в шариковых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах. Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. В двигателях малой и средней мощности воздушный зазор обычно составляет несколько десятых миллиметра. Такой зазор обеспечивает уменьшение магнитного сопротивления магнитной цепи машины, а следовательно, и уменьшение намагничивающего тока, требуемого для создания в двигателе магнитного потока. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя.
Обмотка статора . Она выполнена в виде ряда катушек из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются, образуя ряд катушек 2 (рис. 253,б). Катушки разбивают на одинаковые группы по числу фаз, которые располагают симметрично вдоль окружности статора (рис. 254, а) или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейшим элементом обмотки является виток (рис. 254,б), состоящий из двух проводников 1 и 2, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии -
Рис. 254. Расположение катушек трехфазной обмотки на статоре асинхронного двигателя (а) и виток из двух проводников (б)
у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу.
Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки. Иногда их называют секциями. Их укладывают таким образом, что в каждом пазу размещается одна сторона катушки или две стороны - одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу.
В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис. 254, а) каждая фаза (А-Х; B-Y; C-Z) состоит из трех катушек, стороны которых расположены в трех смежных пазах, т. е. q = 3. Обычно q > 1, такая обмотка называется распределенной .
Наибольшее распространение получили двухслойные распределенные обмотки. Их секции 1 (рис. 255, а) укладывают в пазы 2 статора в два слоя. Проводники обмотки статора укрепляют в пазах текстолитовыми клиньями 5 (рис. 255,б), которые закладывают у головок зубцов.
Стенки паза покрывают листовым изоляционным материалом 4 (электрокартоном, лакотканью и пр.). Проводники, лежащие в пазах, соединяют друг с другом соответствующим образом с торцовых сторон машины. Соединяющие их провода называют лобовыми частями. Так как лобовые части не принимают участия в индуцировании э. д. с, их выполняют как можно короче.
Отдельные катушки обмотки статора могут соединяться «звездой» или «треугольником». Начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам двигателя.
Обмотка ротора. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки (рис. 256,а). Она сделана из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 256,б). Стержни этой обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю.
Рис. 255. Двухслойная обмотка статора асинхронного двигателя: 1 - секция; 2 - паз; 3 - проводник; 4 - изоляционный материал; 5 - клин; 6 - зубец
Рис. 256. Короткозамкнутый ротор: а - беличья клетка; б - ротор с беличьей клеткой из стержней; в - ротор с литой беличьей клеткой; 1 - короткозамыкающие кольца; 2- стержни; 3- вал; 4 - сердечник ротора; 5 - вентиляционные лопасти; 6 - стержни литой клетки
Пазы короткозамкнутого ротора обычно выполняют полузакрытыми, а в машинах малой мощности - закрытыми (паз имеет стальной ободок, отделяющий его от воздушного зазора). Такая форма паза позволяет хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивает ее индуктивное сопротивление.
В двигателях мощностью до 100 кВт стержни беличьей клетки обычно получают путем заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника ротора (рис. 256, в). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают и соединяющие их торцовые короткозамыкающие кольца.
Для этой цели пригоден алюминий, так как он обладает малой плотностью, достаточно высокой электропроводностью и легко плавится.
Обычно двигатели имеют вентиляторы, насаженные на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентилятора часто отливают совместно с боковыми кольцами беличьей клетки (см. рис. 256, в).
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации. Их широко применяют для привода металлообрабатывающих станков и других устройств, которые начинают работать без нагрузки. Однако сравнительно малый пусковой момент у этих двигателей и большой пусковой ток не позволяют использовать их для привода таких машин и механизмов, которые должны пускаться в ход сразу под большой нагрузкой (с большим пусковым моментом). К таким машинам относятся грузоподъемные устройства, компрессоры и др.
Увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток можно при выполнении беличьей клетки с повышенным активным сопротивлением. При этом двигатель будет иметь увеличенное скольжение и большие потери мощности в обмотке ротора. Такие двигатели называют двигателями с повышенным скольжением (обозначаются АС). Их можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время. На э. п. с. переменного тока эти двигатели (со скольжением до 10%) применяют для привода компрессоров, которые работают периодически в течение коротких промежутков времени при уменьшении давления в воздушных резервуарах ниже определенного предела.
Двигатели с повышенным пусковым моментом. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом имеют специальную конструкцию ротора (обозначаются АП). К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и двигатели с глубокими пазами.
Ротор 3 (рис. 257,а) двигателя с двойной беличьей клеткой имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка 1 является пусковой. Она обладает большим активным и малым реактивным сопротивлениями. Внутренняя клетка 2 является основной обмоткой ротора; она, наоборот, обладает незначительным активным и большим реактивным сопротивлениями. В начальный момент пуска ток проходит, главным образом, по наружной клетке, которая создает значительный вращающий момент. По мере увеличения частоты вращения ток переходит во внутреннюю клетку, и по окончании процесса пуска машина работает как обычный короткозамкнутый двигатель с одной (внутренней) клеткой. Вытеснение тока в наружную клетку в начальный момент пуска объясняется действием, э. д. с. самоиндукции, индуцируемой в проводниках ротора. Чем ниже расположен в пазу проводник, тем большим магнитным потоком рассеяния 6 он охватывается и тем большая э. д. с. самоиндукции в нем индуцируется (рис. 257, в), следовательно, тем большее он будет иметь индуктивное сопротивление.
Вытеснение тока в верхние проводники ротора сильно сказывается при неподвижном роторе, когда частота тока, индуцируемого в обеих клетках ротора, велика. При этом индуктивные сопротивления обеих клеток значительно больше активных и ток распределяется между ними обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям, т. е. проходит в основном по наружной клетке с большим активным сопротивлением.
По мере возрастания частоты вращения ротора частота тока в нем будет уменьшаться (вращающееся магнитное поле будут пересекать проводники ротора с меньшей частотой), и ток начнет проходить по обеим клеткам в соответствии с их активными сопротивлениями, т. е., главным образом, через внутреннюю клетку.
Таким образом, процесс пуска двигателя с двойной беличьей клеткой имеет сходство с процессом пуска асинхронного двигателя с фазным ротором, когда в начале пуска в цепь обмотки ротора вводится добавочное активное сопротивление (пусковой реостат), а по мере разгона это сопротивление выводится. Точно так же и в рассматриваемом двигателе ток в начале пуска проходит по наружной клетке с большим активным сопротивлением, а затем по мере разгона постепенно переходит во внутреннюю клетку с малым активным сопротивлением.
Рис. 257. Конструкция роторов асинхронных двигателей с повышенным пусковым моментом: с двойной беличьей клеткой (а), с глубокими пазами (б) и разрезы их пазов (в и г)
Для повышения активного сопротивления пусковой клетки стержни ее изготовляют из маргацовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди, обладающей малым удельным сопротивлением, причем площадь поперечного сечения их больше, чем у пусковой клетки. В результате этого активное сопротивление пусковой клетки увеличивается в 4-5 раз по сравнению с рабочей. Между стержнями обеих клеток имеется узкая щель 5, размеры которой определяют индуктивность рабочей клетки. Двухклеточный двигатель на 20-30% дороже коротко-замкнутого двигателя обычной конструкции. Для упрощения технологии изготовления ротора двухклеточные двигатели небольшой и средней мощности выполняют с литой алюминиевой клеткой.
Действие двигателей с глубокими пазами (рис. 257, б) также основано на использовании явления вытеснения тока. В этих двигателях стержни 4 беличьей клетки выполнены в виде узких медных шин, заложенных в глубокие пазы ротора 3 (высота паза в 10- 12 раз больше его ширины). Нижние слои стержней, расположенные дальше от поверхности ротора, охватываются значительно большим числом магнитных линий потока рассеяния 6, чем верхние (рис. 257,г), поэтому они имеют во много раз большую индуктивность. В начале пуска в результате увеличенного индуктивного сопротивления нижних частей стержней ток проходит, главным образом, по их верхним частям. При этом используется только небольшая часть поперечного сечения каждого стержня, что приводит к увеличению его активного сопротивления, а следовательно, и к возрастанию активного сопротивления всей обмотки ротора.
При увеличении частоты вращения ротора вытеснение тока в верхние части стержней уменьшается (по той же причине, что и в двигателе с двойной беличьей клеткой), и после окончания пуска ток равномерно распределяется по площади их поперечного сечения.