Файл: электротехника.docx

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. 2.4 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.

Рис. 2.4

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. 2.5 приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

Рис. 2.5

На рис. 2.6 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

Рис. 2.6

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Pн,Uн,Iн,nн, а также тип машины.

• Pн – это номинальная полезная мощность (на валу)

• Uн и Iн – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, IнY/Iн∆.

• nн – номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

• 315 – высота оси вращения в мм;

• S – установочные размеры (они задаются в справочнике);

• 8 – число полюсов машины.

25. Вращающееся магнитное поле.

Получение вращающегося магнитного поля

Условия получения:

1. наличие не менее двух обмоток;

2. токи в обмотках должны отличаться по фазе

3. оси обмоток должны быть смещены в пространстве.

В трёхфазной машине при одной паре полюсов (p=1) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 120°, при двух парах полюсов (p=2) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 60° и т.д.

Рассмотрим магнитное поле, которое создаётся с помощью трёхфазной обмотки, имеющей одну пару полюсов (p=1) (рис. 2.7). Оси обмоток фаз смещены в пространстве на угол 120° и создаваемые ими магнитные индукции отдельных фаз (BA,BB,BC) смещены в пространстве тоже на угол 120°.

Магнитные индукции полей, создаваемые каждой фазой, как и напряжения, подведённые к этим фазам, являются синусоидальными и отличаются по фазе на угол 120°.

Приняв начальную фазу индукции в фазе A (φA) равной нулю, можно записать:

Магнитная индукция результирующего магнитного поля определяется векторной суммой этих трёх магнитных индукций.

.

Найдём результирующую магнитную индукцию (рис. 2.8) с помощью векторных диаграмм, построив их для нескольких моментов времени.

Рис. 2.8

Как следует из рис. 2.8, магнитная индукция B результирующего магнитного поля машины вращается, оставаясь неизменной по величине. Таким образом, трёхфазная обмотка статора создаёт в машине круговое вращающееся магнитное поле. Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции

B=3/2×Bm.

Частота вращения магнитного поля n0 зависит от частоты сети f и числа пар полюсов магнитного поля p.

n0=(60f)/p, [об/мин].

Обратите внимание, что частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки.

При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о скорости вращения магнитного поля ω0, которая определяется соотношением:

ω0=(2πf)/p=πn0/30, [рад/сек].

26. Принцип действия асинхронного двигателя.

Принцип действия электрических машин переменного тока основан на физических законах взаимодействия магнитного поля и помещенного в это поле проводника, по которому проходит электрический ток, а также на явлениях, возникающих при движении этого проводника в магнитном поле.

По своему назначению электрические машины разделяются на генераторы и двигатели. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую и предназначаются для генерирования электрического тока. Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую и являются потребителями электроэнергии, так называемой двигательной нагрузкой генераторов пли электрической сети.

Для лучшего понимания принципов, на которых основана работа современного асинхронного электродвигателя, рассмотрим известный опыт Фарадея (рис. 1). В этом опыте некоторый постоянный магнит М с полюсами N — S приводится во вращение механически с помощью рукоятки Р. На сравнительно небольшом расстоянии от полюсов магнита устанавливается легкий медный диск Д на оси, которая может вращаться в подшипниках. При вращении рукоятки и соответственно магнита в медном диске наводятся токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем N— S, обеспечивают появление вращающего момента. Под влиянием этого момента диск увлекается в сторону вращения магнита. Таким образом, диск Фарадея является прототипом современного асинхронного электродвигателя.

Если в магнитное поле поместить прямолинейный проводник перпендикулярно направлению поля и пропустить через него ток I, то на него будет действовать механическая сила F, прямо пропорциональная силе  (интенсивности) магнитного поля, количественно определяемого магнитной индукцией В, длине l и току I, Н:

(1)

F = l,02 ∙ 10-13BlI,

где В—магнитная индукция, Т; l — длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, м; I— сила тока, проходящего по проводнику, А.

Численный коэффициент 1,02 ∙ 10-13 в правой части уравнения определяет размерность полученного значения. В нашем случае мы получим значение действующей на проводник силы

в ньютонах (Н).

Таким образом, электромагнитный механизм любой электрической машины должен содержать две основные части: устройство, содержащее магнитное поле, и совокупность проводников, пересекающих линии магнитного поля. В машинах электрическое поле обычно создается с помощью стальных сердечников с намотанными на них катушками. По этим катушкам проходит электрический ток и создает, таким образом, магнитное поле большой интенсивности.

Рассмотрим теперь образование магнитного (поля с помощью переменного тока, преходящего по витку катушки, имеющему форму, показанную на рис. 2,а. Промышленная сеть переменного тока обычно обеспечивает синусоидальную форму тока. На рис. 2,в изображена кривая изменения тока в рассматриваемом контуре по времени. Как видно из графика, величина тока имеет один знак, принятый положительным, на участке от 0 до t1, а затем противоположный, отрицательный знак на участке от t1 до t2 по оси времени. Максимальные величины тока Iмакс достигаются в моменты времени t' и t''.

При прохождении тока по проводнику образуется магнитное поле, направление силовых линий которого показано на рис. 2,б в плоскости, перпендикулярной контуру с током. Условно направление тока от плоскости чертежа к читателю обозначено точкой О•, а противоположное направление — крестиком О+. Пунктиром показан постоянный магнит, обеспечивающий аналогичное магнитное поле, как и контур с током в момент вре­мени t'. Для любого другого момента времени на участке 0 — t1 магнитное поле будет иметь то же направление, но по величине оно будет слабее (например, в момент времени t''). Далее на участке характеристики t1— t2 (рис. 2,в) направление магнитных силовых линий поля (рис. 2,б) меняется на противоположное в соответствии с изменением знака, т. е. направление тока в контуре (противоположное по сравнению с изображенным на рис. 2,б) также изменится на противоположное.

Таким образом, при питании контура переменным током направление и величина (интенсивность) магнитного поля, образованного этим витком, периодически изменяются. Такое магнитное поле получило название пульсирующего.

Выше был рассмотрен случай образования магнитного поля при питании контура однофазным переменным током. На практике асинхронные двигатели, как правило, питаются трехфазным переменным током. Трехфазная цепь переменного тока состоит из трех однофазных цепей. В этих цепях токи или напряжения изменяются по тому же периодическому закону с той же частотой, но с некоторым сдвигом (отставанием) во времени. Величина отставания тока во второй фазе по сравнению с током в первой фазе составляет 1/3 периода Т, или 120°. Ток в третьей фазе также отстает от тока во второй фазе на 1/3 периода.

На рис. 3,б показано образование магнитного поля с помощью трех контуров, сдвинутых относительно друг друга на 120° и питающихся от трехфазной сети переменного тока. На рис. 3,а показан характер прохождения токов в каждой фазе, т. е. в каждом из контуров. Обозначение направлений токов на рис. 3,б (точка или крестик) соответствует принятому нами на рис. 2. Токи считаются положительными, если они имеют направления из плоскости чертежа (обозначено точкой) в началах контуров с током в фазах Ан, Вн, Сн и одновременно направление в плоскость   чертежа (обозначено крестиком) в концах контуров фаз Ак , Вк , Ск .

Такой случай, соответствующий моменту времени t1, показан на верхнем примере рис. 3,б. Пользуясь известным из физики правилом буравчика, можно построить силовые линии создаваемого магнитного поля токов. Направление этих силовых линий будет аналогично направлению силовых линий поля, создаваемого с помощью постоянного магнита, обозначенного на рисунке пунктиром.