Файл: электротехника.docx

В некоторый момент времени t2 величина iВ достигнет своего наибольшего положительного значения, при этом токи iА , iС отрицательны. Такой пример рассмотрен на втором сверху рисунке (рис. 3,б). Как видно, в рассматриваемом случае две образовавшиеся зоны токов противоположного направления создают таксе же поле, как и в момент времени t1, однако, повернутое на 1/3 окружности, т. е. на 120° по часовой стрелке.

Далее сравним распределение магнитного поля на оставшихся двух примерах рис. 3,б, соответствующих моментам времени t3 и t4, с рассмотренными выше случаями для моментов времени t1 и t2. При сравнении видно, что за период изменения тока Т создаваемое этим трехфазным током магнитное поле поворачивается на целый оборот, т. е. на 360°. Такое магнитное поле называется вращающимся.

Если изменить чередование каких-либо двух фаз (рис. 4), например подключить обмотки b к фазе С и наоборот, т. е. вместо соединения по схеме на рис. 4,а выполнить его по схеме на рис. 4,б, то произойдет изменение направления вращения магнитного поля на противоположное. Это свойство обычно используется при необходимости изменения вращения асинхронного электродвигателя, т. е. при осуществлении так называемого реверса двигателя.

Как видно из простейшего примера, аналогичное магнитное поле могло быть получено с помощью электромагнита, имеющего одну пару полюсов (северный N и южный S). В дальнейшем понятием число пар полюсов мы будем часто пользоваться. В асинхронном электродвигателе имеются две основные части: вращающийся ротор и неподвижный статор. В наиболее широко распространенных трехфазных асинхронных электродвигателях статор подключается к трехфазной сети переменного тока. Трехфазный ток обмоток статора создает вращающееся магнитное поле с магнитным потоком Ф. Поле, вращаясь вокруг ротора и пересекая его обмотки, наводит в них электродвижущие силы (э. д. с), под действием которых в обмотках ротора проходит ток I2 (в дальнейшем индекс 1 будет соответствовать параметрам статора и индекс 2— ротора).

При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает сила, которая заставляет ротор двигаться в сторону вращения магнитного поля. Этой силе соответствует вращающийся электромагнитный момент М (Н∙м), величина которого пропорциональна магнитному потоку Ф (Вб) поля статора и току ротора I2 (А), т. е.

(2)

М = ФI2 .

Необходимо отметить, что вращающееся поле может быть двухполюсным, четырехполюсным, шестиполюсным и т. д. Число пар полюсов вращающегося поля определяется устройством создающей его обмотки статора. При одной и той же частоте питающего тока (промышленная частота 50 периодов в секунду) многополюсное магнитное поле будет вращаться медленнее двухполюсного в число раз, равное числу пар полюсов.

В асинхронном двигателе частота вращения ротора, увлекаемого магнитным полем статора, меньше частоты вращения самого поля. В самом деле, в случае равенства этих частот прекратилось бы движение поля по отношению к ротору, так как в роторе перестала бы наводиться электродвижущая сила, создающая токи в его обмотках. При этом прекратилось бы взаимодействие ротора с вращающимся полем и устранилась бы причина вращения ротора. В таком случае ротор стал бы неминуемо проскальзывать, т. е. частота его вращения стала бы меньше, чем частота вращения магнитного поля, что и соответствует действительному положению в асинхронном двигателе. Ввиду различия частот вращения поля и ротора рассматриваемые машины получили название асинхронных.

При изучении явлений, протекающих в роторе асинхронного двигателя, когда он заторможен (т. е. при неподвижном роторе), можно заключить, что машина в этом режиме по своей физической природе представляет собой трансформатор. Первичной обмоткой трансформатора служит статор, а вторичной — обмотка ротора. В общем случае асинхронный двигатель отличен от трансформатора главным образом своим конструктивным исполнением. У асинхронной машины вторичная обмотка отделена от первичной воздушным зазором, чего нет в общепромышленных трансформаторах. Кроме того, вторичная обмотка двигателя вращается по отношению к первичной. Как было отмечено выше, частота вращения п, с которой вращается ротор, должна отличаться от частоты вращения магнитного поля п1. В зависимости от соотношения этих частот существуют три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный, тормозной.

При работе асинхронной машины в двигательном режиме частота вращения ротора изменяется в пределах 0<п<п1. Вращение ротора осуществляется под воздействием электромагнитного вращающего момента и его направление совпадает с направлением вращения поля статора. Этот режим является основным при работе машины. Подводимая к статору электрическая энергия преобразуется в данном режиме в механическую.

Если с помощью какой-либо другой установки, т. е. другого первичного двигателя, установленного на валу асинхронной машины, обеспечить частоту вращения ротора выше частоты вращения магнитного поля статора (n>п1), то асинхронная машина перейдет в генераторный режим. При этом направление вращения поля статора относительно ротора изменится на обратное по сравнению с работой машины в двигательном режиме. Электромагнитный момент на валу, развиваемый асинхронной машиной, становится тормозящим по отношению к двигателю, который приводит ее во вращение. Механическая энергия, передаваемая этим двигателем асинхронной машине, преобразуется в электрическую и отдается в сеть, к которой подключен ее статор. Примером может служить работа электровоза при спуске железнодорожного состава под уклон.

Режим работы асинхронной машины, когда ротор приводится во вращение против направления вращения электромагнитного поля статора, получил название режима электромагнитного тормоза. Этот режим нашел применение в ряде подъемнотранспортных устройств. Однако генераторный режим и режим электромагнитного тормоза редко используются в асинхронных машинах и в данной книге подробно не рассматриваются.

27. Энергетический баланс асинхронного двигателя.

нергетический баланс асинхронного двигателяАсинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивную мощ­ность. Рассмотрим каждую из них. Активная мощность(11.26) Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки, (11.27) часть – в виде магнитных потерьв магнитопроводе статора. (11.28) Оставшаяся часть мощности(11.29) представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую с помощью магнитного поля из статора в ротор. На схеме замещения (рис. 11.6 в) этой мощности соответствует мощность, пропорциональная активному сопротивле­нию. Поэтому. (11.30) Другая часть этой мощности теряется в виде электрических потерьв актив­ном сопротивленииобмотки ротора. (11.31) Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощностьротора(11.32) или, с учетом уравнений (11.30) и (11.31). (11.33) Полезная механическая мощностьна валу двигателя меньше механиче­ской мощностина величину механическихи добавочных потерь. (11.34) Из уравнений (11.30)…(11.32) следует, что, (11.35). (11.36) Таким образом, активная мощностьпредставляет собой сред­нюю мощность преобразования в двигателе электрической энер­гии, потребляемой из сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии. Процесс преобразований активной энергии в режиме двигателя изображен на рис. 11.8 а в виде энергетической диаграммы. Сумма потерь в двигателевычитается из потребляемой мощности и определяет полезную мощность на валу.а) б) Рис. 11.8 КПД двигателя. (11.37) Непременным условием работы асинхронного двигателя является потребле­ние реактивной мощности. (11.38) Часть этой мощности расходуется на создание магнитных полей рассеяния. (11.39) Оставшаяся мощность(11.40) расходуется на создание основного магнитного потока, а мощность(11.41) расходуется на создание полей рассеяния в роторе. Диаграмма реактивных мощностей изображена на рис. 11.8 б.

28. Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя. Способы пуска асинхронных двигателей

Общая характеристики вопроса. Прямой пуск. При рассмотрений возможных способен пуска и ход асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения: 1) двигатель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения; 2) пусковой ток должен быть ограничен таким значением, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети; 3) схема пуска должна быть по возможности простой, а число и стоимость пусковых устройств -- малыми.

При пуске асинхронного двигателя на холостом ходу в активном сопротивлении его вторичной цепи выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение маховых масс, а при пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии соответственно увеличивается. Выделение энергии в первичной цепи обычно несколько больше, чем во вторичной. При частых пусках, а также при весьма тяжелых условиях пуска, когда маховые массы приводимых в движение механизмов велики, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. Подробно динамика движения электропривода и энергетические соотношения при пуске рассматриваются в курсах электропривода. Число пусков асинхронного двигателя в час, допустимое по условиям его нагрева, тем больше, чем меньше номинальная мощность двигателя и чем меньше соединенные с его валом маховые массы. Двигатели мощностью 3--10 кВт в обычных условиях допускают до 5--10 включений в час.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а также дешевле и надежнее в работе, чем двигатели с фазным ротором.

Поэтому всюду, где это возможно, применяются двигатели с короткозамкнутым ротором и подавляющее большинство находящихся в эксплуатации асинхронных двигателей являются двигателями с короткозамкнутым ротором.

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора

При этом пусковой ток двигателя Iп = (4 - 7) Iн.

Современные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проектируются с таким расчетом, чтобы они по значению возникающих при пуске электродинамических усилий, действующих на обмотки, и по условиям нагрева обмоток допускали прямой пуск. Поэтому прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10--15%). Современные энергетические системы, сети и сетевые трансформаторные подстанции обычно имеют токмо мощности, что в подавляющем большинстве случаев возможен прямой пуск асинхронных двигателей.