ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2023
Просмотров: 212
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
гц имеют значительную массу и габариты, что всегда нежелательно в судовых установках; с повышением же частоты они снижаются.
ГЛАВА IX АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
§ 9.1. Принцип действия асинхронных двигателей
Асинхронный трехфазный двигатель был изобретен в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским и с тех пор получил широкое распространение. Этот двигатель прост по конструкции, экономичен , и надежен в работе.
Синхронные двигатели широко применяются в электрическом э различных машин и механизмов, подъемно-транспортных средств, вентиляторов, насосов, гребных винтов и т. п. ,асинхронные двигатели изготовляются мощностью от долей ватта до тысяч киловатт. Они могут быть трехфазными и однофазными. В основе рабочего процесса асинхронного двигателя лежит способность многофазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле. Рассмотрим принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.
В пазах неподвижной части машины — статора размещается трехфазная обмотка. Оси каждой из фазных обмоток сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120 эл. градусов. Известно, что при подключении трехфазной обмотки к сети возникает
вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого определяется по формуле
В расточке статора размещается вращающаяся часть машины — ротор с замкнутой обмоткой. Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Токи в замкнутой обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают электромагнитный момент, под действием которого ротор приходит во вращение. На рис. 9.1 вращающееся магнитное поле условно показано двумя полюсами N и S, а его направление вращения — стрелкой.
Направление токов в замкнутой обмотке ротора определено по правилу правой руки. Направление действующих на ротор электромагнитных сил и создаваемого ими вращающего момента определяется по правилу левой руки. Ротор двигателя вращается в том же направлении, что и поле. Однако скорость вращения ротора п
г несколько меньше синхронной скорости вращения вращающегося магнитного поля л4. Если бы этого не было, то в обмотке ротора не наводилась бы э. д. с. и отсутствовало бы взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой скольжением,
(9.1)
Скольжение является одним из важнейших параметров асинхронного двигателя. У современных асинхронных двигателей трехфазного переменного тока скольжение при номинальной нагрузки составляет от 1 до 6%.
Скорость вращения ротора можно выразить через частоту тока в сети и скольжение, пользуясь соотношением (9.1):
(9.2)
Наводимые в.обмотке ротора э. д. с. и токи имеют частоту, которую называют частотой скольжения:
Если числитель и знаменатель правой части этого уравнения умножить на n1то
(9.3)
т. е. частота тока в роторе равна произведению частоты тока в сети на величину скольжения.
§ 9.2. Устройство асинхронных двигателей
Основными частями асинхронного двигателя переменного тока (рис. 9.2) являются неподвижный статор и вращающийся ротор. Как статор, так и ротор имеют обмотки из медных или алюминиевых проводников, уложенных в пазах.
Сердечник 2 статора запрессовывается в корпус / (станину). В пазах статора расположена трехфазная обмотка. С торцов статор имеет подшипниковые щиты 3, служащие опорой для вала ротора и защищающие внутреннюю часть машины от внешних воздействий. Конструктивно статор устроен так же, как и у синхронных машин. Обмотка статора 4 асинхронного двигателя подобна обмотке статора синхронных машин (см. §6.6, рис. 6.9 и 6.10). Она может быть как однослойной, так и двухслойной. Назначение обмотки — создать м. д. с. и передать электрическую энергию ротору для преобразования ее в механическую энергию вращения.
Ротор асинхронного двигателя в зависимости от типа обмотки может быть короткозамкнутый (рис. 9.2, а) или с контактными кольцами (рис. 9.2, б). И тот и другой роторы состоят из стального сердечника, насаженного на вал и собранного из отдельных листов электротехнической стали. В пазах ротора укладывается обмотка.
Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, соединенных между собой с торцов кольцами. В результате получается короткозамкнутая система. Очень часто при выполнении роторной обмотки пазы ротора в особой прессформе заливаются алюминием, причем одновременно отливаются и замыкающие кольца. Стержни с замыкающими их кольцами образуют так называемую беличью клетку (рис. 9.3).
Обмотка ротора с контактными кольцами (см. рис. 9.2, б) выполняется, подобно обмотке статора, в виде трехфазных обмоток, соединяемых в звезду. Начала фазных обмоток выводятся к трем контактным кольцам 8, насаженным на вал ротора и изолированным от него. При пуске двигателя последовательно в цепь обмотки ротора через контактные кольца и щетки включается трехфазный пусковой реостат. После пуска двигателя контактные кольца при- помощи специального устройства 9 соединяются между собой накоротко, и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.
§ 9.3. Электродвижущие силы и токи в обмотках статора и ротора при разомкнутом роторе
При прохождении переменного тока по трехфазной обмотке статора возникает вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотках статора и ротора э. д. с, действующие значения которых соответственно равны:
для статора
(9.4)
для ротора
(9.5)
где k1 и k2— обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора;
fi и f2— частоты э. д. с. статора и ротора, гц;
и 
— число последовательно соединенных витков обмотки одной фазы статора и ротора;
Ф — вращающийся магнитный поток, вб.
При неподвижном роторе (
s=l) частоты fi и f2 равны между собой, тогда отношение между э. д. с. статора и ротора
Это отношение аналогично отношению э. д. с. для трансформаторов. Действительно, асинхронный двигатель можно рассматривать как трансформатор: электромагнитные процессы, происходящие в нем, подобны процессам в трансформаторе.
Если при подключении асинхронного двигателя с контактными кольцами к сети обмотка ротора разомкнута, то двигатель подобен трансформатору при его работе в режиме холостого хода. Здесь первичной является обмотка статора, а вторичной — обмотка неподвижного ротора. Протекающий по трехфазной обмотке статора ток холостого хода I0 создает вращающийся основной магнитный поток Ф, часть которого сцепляется с обеими обмотками и наводит в них э. д. с. E1 и E2. А другая часть потока Ф является потоком рассеяния ФS; она наводит в обмотке статора э. д. с. рассеяния Es=
= -jI0x1. Кроме того, при прохождении тока I0 по обмотке статора с активным сопротивлением r1 в ней возникает э. д. с. активного падения напряжения Ea1= - I0r1
Между подведенным к обмотке статора напряжением U1 и э. д. с. E1ES1и Ea1существует зависимость, вытекающая из закона равновесия э. д. с, по которому подведенное напряжение U1
и сумма э. д. с. E1+ES1 +Ea1в любой момент времени равны друг другу по величине, но противоположно направлены, т. е.
ГЛАВА IX АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
§ 9.1. Принцип действия асинхронных двигателей
Асинхронный трехфазный двигатель был изобретен в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским и с тех пор получил широкое распространение. Этот двигатель прост по конструкции, экономичен , и надежен в работе.
Синхронные двигатели широко применяются в электрическом э различных машин и механизмов, подъемно-транспортных средств, вентиляторов, насосов, гребных винтов и т. п. ,асинхронные двигатели изготовляются мощностью от долей ватта до тысяч киловатт. Они могут быть трехфазными и однофазными. В основе рабочего процесса асинхронного двигателя лежит способность многофазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле. Рассмотрим принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.
В пазах неподвижной части машины — статора размещается трехфазная обмотка. Оси каждой из фазных обмоток сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120 эл. градусов. Известно, что при подключении трехфазной обмотки к сети возникает
вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого определяется по формуле
В расточке статора размещается вращающаяся часть машины — ротор с замкнутой обмоткой. Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Токи в замкнутой обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают электромагнитный момент, под действием которого ротор приходит во вращение. На рис. 9.1 вращающееся магнитное поле условно показано двумя полюсами N и S, а его направление вращения — стрелкой.Направление токов в замкнутой обмотке ротора определено по правилу правой руки. Направление действующих на ротор электромагнитных сил и создаваемого ими вращающего момента определяется по правилу левой руки. Ротор двигателя вращается в том же направлении, что и поле. Однако скорость вращения ротора п
г несколько меньше синхронной скорости вращения вращающегося магнитного поля л4. Если бы этого не было, то в обмотке ротора не наводилась бы э. д. с. и отсутствовало бы взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой скольжением,
(9.1)
Скольжение является одним из важнейших параметров асинхронного двигателя. У современных асинхронных двигателей трехфазного переменного тока скольжение при номинальной нагрузки составляет от 1 до 6%.
Скорость вращения ротора можно выразить через частоту тока в сети и скольжение, пользуясь соотношением (9.1):
(9.2)
Наводимые в.обмотке ротора э. д. с. и токи имеют частоту, которую называют частотой скольжения:
Если числитель и знаменатель правой части этого уравнения умножить на n1то
(9.3)
т. е. частота тока в роторе равна произведению частоты тока в сети на величину скольжения.
§ 9.2. Устройство асинхронных двигателей
Основными частями асинхронного двигателя переменного тока (рис. 9.2) являются неподвижный статор и вращающийся ротор. Как статор, так и ротор имеют обмотки из медных или алюминиевых проводников, уложенных в пазах.
Сердечник 2 статора запрессовывается в корпус / (станину). В пазах статора расположена трехфазная обмотка. С торцов статор имеет подшипниковые щиты 3, служащие опорой для вала ротора и защищающие внутреннюю часть машины от внешних воздействий. Конструктивно статор устроен так же, как и у синхронных машин. Обмотка статора 4 асинхронного двигателя подобна обмотке статора синхронных машин (см. §6.6, рис. 6.9 и 6.10). Она может быть как однослойной, так и двухслойной. Назначение обмотки — создать м. д. с. и передать электрическую энергию ротору для преобразования ее в механическую энергию вращения.
Ротор асинхронного двигателя в зависимости от типа обмотки может быть короткозамкнутый (рис. 9.2, а) или с контактными кольцами (рис. 9.2, б). И тот и другой роторы состоят из стального сердечника, насаженного на вал и собранного из отдельных листов электротехнической стали. В пазах ротора укладывается обмотка.
Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, соединенных между собой с торцов кольцами. В результате получается короткозамкнутая система. Очень часто при выполнении роторной обмотки пазы ротора в особой прессформе заливаются алюминием, причем одновременно отливаются и замыкающие кольца. Стержни с замыкающими их кольцами образуют так называемую беличью клетку (рис. 9.3).
Обмотка ротора с контактными кольцами (см. рис. 9.2, б) выполняется, подобно обмотке статора, в виде трехфазных обмоток, соединяемых в звезду. Начала фазных обмоток выводятся к трем контактным кольцам 8, насаженным на вал ротора и изолированным от него. При пуске двигателя последовательно в цепь обмотки ротора через контактные кольца и щетки включается трехфазный пусковой реостат. После пуска двигателя контактные кольца при- помощи специального устройства 9 соединяются между собой накоротко, и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.
§ 9.3. Электродвижущие силы и токи в обмотках статора и ротора при разомкнутом роторе
При прохождении переменного тока по трехфазной обмотке статора возникает вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотках статора и ротора э. д. с, действующие значения которых соответственно равны:
для статора
(9.4)
для ротора
(9.5)
где k1 и k2— обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора;
fi и f2— частоты э. д. с. статора и ротора, гц;
и — число последовательно соединенных витков обмотки одной фазы статора и ротора; Ф — вращающийся магнитный поток, вб.
При неподвижном роторе (
s=l) частоты fi и f2 равны между собой, тогда отношение между э. д. с. статора и ротора
Это отношение аналогично отношению э. д. с. для трансформаторов. Действительно, асинхронный двигатель можно рассматривать как трансформатор: электромагнитные процессы, происходящие в нем, подобны процессам в трансформаторе.
Если при подключении асинхронного двигателя с контактными кольцами к сети обмотка ротора разомкнута, то двигатель подобен трансформатору при его работе в режиме холостого хода. Здесь первичной является обмотка статора, а вторичной — обмотка неподвижного ротора. Протекающий по трехфазной обмотке статора ток холостого хода I0 создает вращающийся основной магнитный поток Ф, часть которого сцепляется с обеими обмотками и наводит в них э. д. с. E1 и E2. А другая часть потока Ф является потоком рассеяния ФS; она наводит в обмотке статора э. д. с. рассеяния Es=
= -jI0x1. Кроме того, при прохождении тока I0 по обмотке статора с активным сопротивлением r1 в ней возникает э. д. с. активного падения напряжения Ea1= - I0r1Между подведенным к обмотке статора напряжением U1 и э. д. с. E1ES1и Ea1существует зависимость, вытекающая из закона равновесия э. д. с, по которому подведенное напряжение U1
и сумма э. д. с. E1+ES1 +Ea1в любой момент времени равны друг другу по величине, но противоположно направлены, т. е.