Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 7325
Скачиваний: 22
134
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Цель работы: ознакомится с принципом действия и характеристиками
асинхронного двигателя.
7.1 Теоретическое введение
Принцип образования вращающегося магнитного поля
Для получения вращающегося магнитного поля необходимо три одинако-
вые фазные обмотки расположить на статоре так, чтобы углы сдвига между их
осями составляли 120
. Если соединить эти обмотки звездой (рисунок 7.1, а)
или треугольником и подключить к трехфазной сети в обмотках появятся токи,
сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120 электрических градусов,
форма которых показана на рисунке 7.1, б. Токи фазных обмоток создают маг-
нитные поля. Величина магнитной индукции каждой обмотки пропорциональна
мгновенному значению тока, протекающего через эту обмотку, а направление
вектора магнитной индукции определяется по правилу буравчика. Сумма век-
торов фазных обмоток образует магнитную индукцию поля статора.
а
б
С
А
В
С
с
b
a
t
1
t
2
t
3
t
4
i
0
t
А
В
Рисунок 7.1 - Схема соединения обмоток статора (а) и форма токов фаз (б)
Произведем построение вектора магнитной индукции поля статора для
моментов времени t
1
, t
2
, t
3
, t
4
на рисунке 6.1, б. В момент времени t
1
ток в фазе А
равен нулю, ток в фазе В имеет отрицательное значение, в фазе С – положи-
тельное. На рисунке 6.2, а, показаны направления токов в обмотках статора, по-
строены вектора магнитной индукции фазных обмоток и результирующий век-
тор магнитной индукции поля статора в момент времени t
1
.
135
Аналогичные построения для моментов времени t
2
, t
3
приведены на ри-
сунке 7.2, б, в соответственно. Анализ рисунка 7.2 показывает, что результи-
рующий вектор магнитной индукции поворачивается на 120
при переходе от
одного момента времени к другому и за один период изменения токов в обмот-
ках совершит полный оборот. При этом величина магнитной индукции В
0
(дли-
на результирующего вектора) остается постоянной. Частота вращения вектора
магнитной индукции пропорциональна частоте питающей сети
C
f
и обратно
пропорциональна числу пар полюсов статора р:
p
f
60
n
C
0
.
Для обмотки статора на рисунке 7.1, а, число пар полюсов р = 1 и частота
вращения поля (синхронная частота) при частоте питающей сети 50 Гц состав-
ляет 3000 Об/мин. Таким образом магнитное поле, создаваемое трехфазной об-
моткой статора, эквивалентно магнитному полю постоянного магнита с индук-
цией B
0
(рисунок 7.3), вращающегося с частотой n
0
.
а) б) в)
Рисунок 7.2 - Положение вектора магнитной индукции фазных обмоток и ре-
зультирующего вектора магнитной индукции поля статора для моментов вре-
мени t
1
(а), t
2
(б), t
3
(в)
136
Рисунок 7.3 - Магнитное поле постоянного магнита
вращающегося с частотой n
0
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель (рисунок 7.4) состоит из неподвижного статора (1) и
вращающегося ротора (2). Статор представляет собой полый цилиндр, набран-
ный из пластин электротехнической стали, для уменьшения потерь на вихревые
токи.
а) б)
Рисунок 7.4 - Устройство асинхронного двигателя
Листы имеют форму колец с пазами, в пазы статора уложена трехфазная
обмотка (3), создающая вращающееся магнитное поле. Начала и концы обмот-
ки статора выведены на зажимы, установленные в коробке выводов на корпусе
машины. Переключая зажимы можно соединять обмотку статора звездой или
треугольником. У таких двигателей в паспорте указываются два номинальных
линейных напряжения сети, например 220/380 В (220 В – при соединении об-
137
моток треугольником, 380 В – звездой). Часть асинхронных двигателей имеет
только три зажима, у этих машин соединения обмоток статора выполнены
внутри и они рассчитаны на включение в сеть с линейным напряжением, ука-
занным в качестве номинального в паспорте.
Ротор асинхронного двигателя состоит из вала, сердечника и обмотки.
Сердечник ротора имеет форму цилиндра, так же набранного из пластин элек-
тротехнической стали. В продольных пазах сердечника ротора размещается об-
мотка ротора (4). Бывают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фаз-
ным ротором. Обмотка короткозамкнутых роторов представляет собой медные
или алюминиевые стержни, уложенные в пазы ротора. На торцах ротора стерж-
ни соединены между собой замыкающими кольцами. Такой тип обмотки ротора
получил название "беличьей клетки". В асинхронных двигателях мощностью
менее 100 кВт обмотку ротора получают путем заливки пазов ротора расплав-
ленным алюминием. При этом одновременно со стержнями обмотки отливают-
ся замыкающие кольца и крыльчатка вентилятора. Условное обозначение асин-
хронного короткозамкнутого двигателя приведено на рисунке 7.5, а.
У асинхронных двигателей с фазным ротором обмотка ротора выполняется
аналогично обмотке статора. Секции обмоток обычно соединяются звездой,
концы обмоток ротора выводятся на три контактных кольца, по которым сколь-
зят щетки. Машины с контактными кольцами допускают включение реостатов
и дросселей в цепь ротора, за счет чего облегчается регулирование скорости
асинхронного двигателя и облегчается его пуск. Однако такие машины дороже
чем двигатели с короткозамкнутым ротором и менее надежны. Условное обо-
значение асинхронного двигателя с фазным ротором приведено на рисунке 7.5,
б.
а) б)
Рисунок 7.5 - Условное обозначение
асинхронного двигателя
Принцип действия асинхронного двигателя
138
Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ро-
тора и наводит в них ЭДС (рисунок 7.6). Направление ЭДС определяется по
правилу правой руки, с учетом того, что проводники ротора пересекают вра-
щающееся магнитное поле статора в направлении, противоположном направле-
нию вращения поля. Под действием ЭДС в замкнутой обмотке ротора возника-
ют токи, которые взаимодействуют с полем статора. В результате чего создает-
ся электромагнитная сила F
ЭМ
, направление которой определяют по правилу
левой руки. Совокупность электромагнитных сил, действующих на все актив-
ные проводники ротора, создает электромагнитный момент М
ЭМ
, который при-
водит ротор во вращение с частотой n, причем направление вращения ротора
совпадает с направлением вращения поля статора.
Частота вращения ротора в двигательном режиме должна быть меньше
синхронной частоты вращения поля статора. При равенстве этих частот про-
водники ротора не пересекают магнитные линии поля статора, в них не наво-
дится ЭДС и не создается электромагнитный момент. Разность частот вращения
магнитного поля статора и ротора характеризуется величиной скольжения:
0
0
0
0
/
)
(
n
/
)
n
n
(
s
.
Рисунок 7.6 - Принцип действия асинхронного
двигателя
Величина скольжения в двигательном режиме может изменяться от 0 (ре-
жим идеального холостого хода
n
n
0
) до 1 (режим короткого замыкания
0
n
).