Файл: Принцип работы асинхронного двигателя.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 47

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


  1. Принцип работы асинхронного двигателя.

Вращающееся поле статора сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромагнитные силы. Совокупность электромагнитных сил создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение с частотой. Вращение ротора посредством вала передается исполнительному механизму.

Весьма важным параметром асинхронной машины является скольжение - величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора. с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2 уменьшается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зависит от механической нагрузки на валу двигателя

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей общего назначения Sном = 1+8%, при этом для двигателей большой мощности Sном = 1 %, а для двигателей малой мощности Sном = 8%.

(стр. 100, 137)

  1. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является первичной, а обмотка ротора – вторичной.

В корпусе расположен сердечник статора, имеющий шихтованную конструкцию из электротехнической стали (способствует уменьшению вихревых токов). В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя - ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка называется «беличье колесо».

(стр. 140)

  1. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором.

Статор этого двигателя состоит из корпуса и сердечника с трехфазной обмоткой. Ротор имеет особую конструкцию. На валу закреплен сердечник с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо накладывают обычно две щетки2, располагаемые в щеткодержателях. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу.

Двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, но имеют более сложную конструкцию и менее надежны.

(стр. 144)

  1. Опыт холостого хода асинхронного двигателя.

Питание асинхронного двигателя при опыте холостого хода осуществляется через индукционный регулятор напряжения или регулировочный автотрансформатор, позволяющие изменять напряжение в широких пределах. При этом вал двигателя должен быть свободным от механической нагрузки.

Опыт начинают с повышенного напряжения питания в 1,15 раз больше от номинального напряжения, затем постепенно понижают напряжение до 0,4 от номинального напряжения так, чтобы снять показания приборов в 5-7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номинальному напряжению. Измеряют линейные значения напряжений и токов и вычисляют их средние значение, а затем в зависимости от схемы соединения обмотки статора определяют фазные значения напряжения тока.

Ваттметр измеряет активную мощность, потребляемую двигателем в режиме холостого хода, которая включает в себя электрические потери в обмотке статора, магнитные потери в сердечнике статора и механические потери.

Для асинхронных двигателей с фазным ротором в опыте холостого хода определяют коэффициент трансформации напряжений между обмотками· статора и ротора.

По результатам измерений и вычислений строят характеристики х.х., на которых отмечают значения величин тока, мощности, потерь и коэффициента мощности, соответствующих номинальному напряжению.

К.п.д. во время опыта равно 0.



(стр. 180)

  1. Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя.

Измерительные приборы должны быть выбраны в соответствии с током мощности. Ротор двигателя следует жестко закрепить, предварительно установив его в положение, соответствующее среднему току к.з. С этой целью к двигателю подводят небольшое напряжение и, медленно поворачивая ротор, следят за показанием амперметра, стрелка которого будет колебаться в зависимости от положения ротора двигателя.

Предельное значение тока статора при опыте к.з. устанавливают исходя из допустимой токовой нагрузки питающей сети и возможности провести опыт в минимальный срок, чтобы не вызвать опасного перегрева двигателя.

Определив диапазон изменения тока статора при опыте к.з., опыт начинают с предельного значения этого тока, установив на индукционном регуляторе соответствующее напряжение к.з. Затем постепенно снижают это напряжение до значения, при котором ток достигнет нижнего предела установленного диапазона его значений. При этом снимают показания приборов для 5-7 точек, одна из которых должна соответствовать номинальному току статора. Продолжительность опыта должна быть минимально возможной. С этой целью измеряют лишь одно линейное напряжение, так как некоторая не симметрия линейных напряжений при опыте к.з. не имеет значения. Линейные токи измеряют хотя бы в двух линейных проводах. За расчетное значение тока к.з. принимают среднее арифметическое этих двух значений. После снятия последних показаний приборов двигатель следует отключить и сразу же произвести замер активного сопротивления фазы обмотки статора, чтобы определить температуру обмотки. Линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные. Ваттметр измеряет активную мощность к.з. По полученным значениям напряжений, токов и мощностей вычисляют коэффициент мощности при к.з., полное сопротивление к.з., активные и индуктивные составляющие этого сопротивления. Измеренные и вычисленные величины заносят в таблицу, а затем строят характеристики к.з.

(стр. 181)

  1. Потери и КПД асинхронного двигателя. Скольжение асинхронного двигателя.

Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери вызваны потерями на гистерезис и на вихревые токи, происходящие в сердечнике при его перемагничивании.

Гистерезис – это явление, связанное с перемагничиванием ферромагнетиков под действием внешнего магнитного поля.

Ферромагнитное вещество устроено таким образом, что состоит из крошечных микромагнитов – доменов, которые при намагничивании разворачиваются так, чтобы соответствовать внешнему магнитному полю. Когда магнитное поле переменное, доменам приходится разворачиваться

100 раз в секунду, а этому мешает трение, что приводит к запаздыванию, выделению тепла и к гудению магнитопровода.


Таким образом, в статоре магнитные потери больше чем в роторе, так как в статоре частота 50 Гц, а в роторе 2-5 Гц.

Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами и сопротивления, пересчитанного на рабочую температуру, так как при нагреве сопротивление возрастает.

Работа асинхронного двигателя экономичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в роторе.

В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо перечисленных электрических потерь имеют место еще и электрические потери в щеточном контакте.

Механические потери — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора. Механические потери зависят от скорости вращения ротора.

Добавочные потери включают в себя все виды трудно учитываемых потерь (действие гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и др.).

Постоянными потерями являются магнитные и добавочные (имеется расхождение с тетрадью и учебником. В учебнике они как переменные потери), а переменными электрические, так как зависят от нагрузки на двигатель.

Коэффициент полезного действия является одним из основных параметров асинхронного двигателя, определяющим его энергетические свойства - экономичность в процессе эксплуатации. Кроме того, КПД двигателя, а точнее величина потерь в нем, регламентирует температуру нагрева его основных частей и в первую очередь его обмотки статора. По этой причине двигатели с низким КПД (при одинаковых условиях. охлаждения) работают при более высокой температуре нагрева обмотки статора, что ведет к снижению их надежности и долговечности. КПД зависит от отношения потребляемой мощности к подаваемой.

Скольжение - величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора. с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2 уменьшается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зависит от механической нагрузки на валу двигателя

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей общего назначения Sном = 1+8%, при этом для двигателей большой мощности Sном = 1 %, а для двигателей малой мощности Sном = 8%.

(стр. 162)


  1. Механическая характеристика асинхронного двигателя.



Ток в статоре максимален, так как при пуске ротор не подвижен и ток в роторе также максимален. При этом пусковой момент не велик, так как ток, наведенный в роторе, имеет в это время большую частоту, что порождает реактивное сопротивление. Из этого следует, что ток в роторе имеет реактивный характер.

Когда ротор раскрутится, то частота тока в нем уменьшится, ток станет активным (преимущественно), то есть совершающим полезную работу, поэтому ток становится пропорционален моменту (т. 3,2,1).

Холостой ход двигателя: здесь ток почти равен 0, так как расходуется только на намагничивание и вращение идет без нагрузки.

На рабочей части характеристики видно, что при увеличении нагрузки скорость вращения ротора уменьшается, и при повышении критического момента он опрокидывается, то есть останавливается и переходит в режим короткого замыкания.

  1. Рабочий процесс асинхронного двигателя.

Обмотка ротора не имеет электрической связи с обмоткой статора. Между этими обмотками существует только магнитная связь, и энергия из обмотки статора передается в обмотку ротора магнитным полем. В этом отношении обмотка статора является первичной, а обмотка ротора - вторичной.

В процессе работы асинхронного двигателя токи в обмотках статора и ротора создают две магнитодвижущие силы: МДС статора и МДС ротора. Совместным действием эти МДС наводят в магнитной системе двигателя результирующий магнитный поток, вращающийся относительно статора с синхронной частотой вращения n1. Этот магнитный поток состоит из основного потока, сцепленного как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора (магнитный поток взаимоиндукции). Рассмотрим: какие ЭДС наводят указанные потоки в обмотках двигателя.

В обмотке статора основной магнитный поток, вращающийся с частотой статора, наводит в неподвижной обмотке ЭДС, также как и в роторе.

(стр. 154)

  1. Виды пуска асинхронных двигателей. Пусковые токи и их вредное воздействие.

Прямой пуск (короткозамкнутый ротор).

Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный недостаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке статора возникает большой пусковой ток, в 5-7 раз превышающий номинальный ток двигателя. С учетом конструкции механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значительный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней заметное падение напряжения.


Пуск с применением пусковых реостатов (фазный ротор).

С помощью контактных колец к обмотке ротора подключается пусковой реостат. Он создает дополнительное активное сопротивление, что снижает ток в роторе на время пуска. Когда двигатель выходит на номинальный режим, пусковой реостат отключают. Обеспечивается наиболее благоприятное соотношение между пусковым моментом и пусковым током: большой пусковой момент при небольшом пусковом токе (в 2-3 раза больше номинального). Недостатками пусковых свойств двигателей с фазным ротором являются некоторая сложность, продолжительность и неэкономичность пусковой операции. Последнее вызывается необходимостью применения в схеме двигателя пускового реостата и непроизводительным расходом электроэнергии при его нагреве.

Пуск с помощью устройства плавного пуска.

В основе принципа работы лежат тиристоры – от величин тока, подаваемого на их управляющий электрод, будет зависеть то, при каком напряжении они будут открываться, и сколько напряжения попадет на двигатель. То есть можно увеличивать время пуска в любых диапазонах изменением скорости нарастания питающего напряжения (при этом, чтобы обеспечить толчок, на доли секунд на двигатель подается полное напряжение). Так как пусковой момент зависит от напряжения, для очень тяжелых пусков УПП не всегда подходит, а в остальном такой способ применяется в настоящее время повсеместно.

Также схема предусматривает защиту полупроводников реактором для ограничения импульсных напряжений.

УПП работает только во время пуска, далее питание на двигатель идет через обходной выключатель, что связано с высокой чувствительностью тиристоров.

Реактор – это большие катушки индуктивности, также используются в сетях высокого напряжения для защиты от короткого замыкания, за счет ЭДС самоиндукции они гасят любые резкие изменения тока, но не влияют на стабильную синусоиду.

Пуск понижением питающего напряжения (переключение с звезды на треугольник).

В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. Ток в фазных обмотках двигателя уменьшается в раз. Переключив обмотки статора, линейный ток уменьшается в 3 раза. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, переключатель переводится в положение треугольник и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением.


Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток - уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза. Такое значительное уменьшение пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Пусковые токи двигателя являются большими из-за того, что во время пуска ротор неподвижен, из-за чего магнитное поле статора пересекает его с большой частотой. Это приводит к тому, что наводимый в роторе ток, по правилу Ленца, вызывает возрастание тока в статоре двигателя. Пусковой же момент в двигателе очень мал, так как наведенный в роторе пусковой ток, из-за большой частоты, имеет индуктивный характер. Когда двигатель раскручивается, индуктивное сопротивление уменьшается, и вместе с ним уменьшается ток из-за того, что скольжение а.д. понижается до 5%.

Если не уменьшать пусковые токи при пуске, их обмотки будут перегреваться, а в сети будут возникать просадки напряжения.

(стр. 193, 196)

  1. Пуск а.д. понижением питающего напряжения. Описание способа, его достоинства и недостатки.

В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. Ток в фазных обмотках двигателя уменьшается в раз. Переключив обмотки статора, линейный ток уменьшается в 3 раза. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, переключатель переводится в положение треугольник и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток - уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза. Такое значительное уменьшение пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Достоинства: уменьшение пусковых токов при пуске.

Недостатки: уменьшается пусковой момент, не получится запустить с значительной нагрузкой на валу, объемность конструкции по сравнению с аналогами.

Смотрите также файлы