Асинхронные двигатели в системах электропривода. Структура асинхронного двигателя


Принцип действия асинхронного двигателя — Asutpp

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Предлагаем рассмотреть принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, трехфазного и однофазного типа, а также его конструкцию и схемы подключения.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора – роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

конструкция асинхронного двигателяКонструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

  1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
  2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
  3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

принцип работы асинхронного двигателяПринцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = Uс I2 = U2 I2 / sin2

Подключение асинхронного двигателяСхема: Подключение асинхронного двигателя

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепленияЭлектромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Конструкция простой формы.
  2. Низкая стоимость производства.
  3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
  4. Не прихотлив в эксплуатации.
  5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
  2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
  3. Относительно небольшой пусковой момент.

www.asutpp.ru

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. Асинхронные двигатели — это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели. Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках. Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты. Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

1. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра — намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Более подробные сведения о схемах соединения и условных обозначениях начал и концов обмоток представлены ниже. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набранного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора. Различают два вида обмоток ротора: фазную и короткозамкнутую. Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в звезду. Концы обмотки ротора соединяют вместе и изолируют, а начала присоединяют к контактным кольцам, располагающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолированные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к которым присоединяют внешние цепи. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать скорость вращения двигателя и ограничивать пусковые токи. Наибольшее применение получила короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава. При этом в пакете ротора 1 заодно отливаются стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3. (рис. 3). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения — это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

2. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом — вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Устройство, принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово «асинхронный» означает неодновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Рис.1. Устройство асинхронных двигателей

Статор – неподвижная часть машины (рис. 1, а ). Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 1, б. в ). В пазах ротора укладывают обмотку, в зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни (рис. 1, г ), соединенные с торцов кольцами из этого же материала («беличья клетка»).

У фазного ротора (см. рис. 1, в ) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле это постоянный поток, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

— пространственный сдвиг осей катушек статора,

— временной сдвиг токов в катушках статора.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120º. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.

При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n1. об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

где f1 – частота тока сети, Гц;

р – число пар полюсов магнитного поля.

При стандартной частоте тока сети Гц частота вращения поля по формуле (1) и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:

Вращаясь, поле пересекает проводники обмотки ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Частота вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше частоты вращения поля, т.е. ротор «отстает» от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения

где n2 – частота вращения ротора, об/мин.

Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой к 0 (холостой ход).

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигатель— это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой». В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120 °. как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение .

Скольжениеs — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2 . в процентном соотношении.Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но п о мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1 -n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Источники: http://www.eti.su/articles/elektroprivod/elektroprivod_36.html, http://studopedia.ru/10_130200_ustroystvo-printsip-deystviya-asinhronnogo-dvigatelya.html, http://electroandi.ru/elektricheskie-mashiny/asinkhronnyj-dvigatel-printsip-raboty-i-ustrojstvo.html

electricremont.ru

Асинхронные трехфазные электродвигатели » Гиброид.ру

Асинхронные трехфазные электродвигателиАсинхронные трехфазные двигатели нашли очень широкое применение в народном хозяйстве, в строительных механизмах, на различных станках, в прессовом оборудовании, в металлопрокатном оборудовании, в радиолокационных станциях и других отраслях. Дело в том, что конструкция и принцип работы позволяют такому электродвигателю максимально экономично и действенно отдавать свой ресурс.

Строение трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронный трехфазный двигатель состоит из неподвижного ротора электродвигателя и статора. Существующие обмотки располагаются в специализированных пазах на внутренней части сердечника статора. В обмотке ротора отсутствует электрическое соединение с обмоткой статора и с сетью. Начало и концы обмоток статора присоединены зажимом к коробке выводов (за схемой треугольник либо звезда). Асинхронные двигатели различаются в основном устройством ротора, которое бывает либо короткозамкнутым, либо фазным. Наиболее широкого распространения приобрели именно короткозамкнутые трехфазные двигатели. Обмотка короткозамкнутого ротора делается на цилиндре из стержней, выполненных из меди, и имеет название “Беличья клетка”. Торцевые концы стержней всегда замыкаются металлическими кольцами, а пакет ротора собирают из электротехнической стали. В трехфазных электродвигателях стержни небольших мощностей обычно заливают алюминием или его сплавами.

Принцип получения вращающегося магнитного поля

В виде трех катушек обмотка статора уложена в пазы, которые расположены под углом 120 градусов. При подаче на катушку трехфазного напряжения в них устанавливаются соответствующие токи, а катушки при этом создают собственное магнитное поле. В любой катушке ток положительный, если он направлен от начала концов катушки, а отрицательный ток получается при противоположном направлении. Векторы, намагничивающие силы всегда совпадают с осями существующих катушек, а величина сил прямо пропорциональна значениям тока. Направление результирующего вектора всегда совпадает с осью катушки, а результирующий вектор намагничивающиеся силы поворачивает на 120 градусов, сохраняя величины и совпадая при этом с осью соответствующей катушки. Таким образом, за определенный период времени результирующее магнитное поле статора совершает полный оборот с неизменной скоростью. Именно таким образом получается вращающееся магнитное поле. Работа асинхронного трехфазного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазных асинхронных двигателей

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя. В результате этого возникает электромагнитная пара сил, которые стремятся повернуть ротор в направлении движения магнитного поля статора. Ротор приходит во вращение, приобретая определенную скорость. При этом магнитное поле ротора вращается асинхронно, то есть с разными скоростями. Скорость вращения ротора всегда будет меньшей, чем скорость вращения магнитного поля статора. По такому принципу осуществляется работа трехфазного асинхронного двигателя.

Запуск типовых трехфазных двигателей

Двигателям с огромным моментом инерции требуется увеличение вращающего момента и одновременного увеличения пусковых токов. Для этого используют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального момента пуска в схеме ротора применяют трехфазный реостат. В самом начале пуска он введен полностью и при этом пусковой ток уменьшается. Во время работы реостат полностью выведен. Для пуска двигателей с короткозамкнутым ротором применяют несколько схем (схема с переключением со звезды на треугольник, с трансформатором и с реактивной катушкой). Рубильник последовательным методом соединяет реактивную катушку со статором двигателя. Когда скорость ротора приближается к номинальной скорости – замыкается рубильник. Он закорачивает катушку и статор переключается на полное обеспечение сети. При автотрансформаторном пуске (по мере разгона двигателя) автотрансформатор переводится в положение “работа”, в котором на статор подается полное напряжение сети. Запуск двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и ее последующим переключением на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменения частоты вращение ротора

Параллельные обмотки пары фаз образуют пару полюсов, которые сдвинуты в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует 2 пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в 2 раза. Для регулировки скорости вращения ротора используют перемену частоты тока и применяют отдельный его источник.

Способы торможения двигателей

При торможении двигателя меняются два провода, соединяемых с обмоткой статора изменяя направление вращения магнитного поля всей установки. При этом наступает электромагнитное торможение. Для динамического торможения используют отключение обмотки статора от трехфазной сети и последующим ее включением в сеть постоянного тока. Из-за этого неподвижное поле статора заставляет ротор постепенно останавливаться.

hybroid.ru

Асинхронные двигатели

Успешная работа электрических станций может быть обеспечена только при надежном функционировании многочисленных механизмов собственных нужд (МСН). Основные видом привода для МСН служат электродвигатели, главным образом асинхронные. Асинхронные двига­тели (АД), часто называемые в зарубежной литературе индукционными, отличаются от синхронных двигателей тем, что частота вращения их роторов непостоянна, т.е. зависит от нагрузки. С возрастанием нагрузки частота вращения АД уменьшается. Предельный допустимый момент механической нагрузки достигает двух- трехкратного номинального зна­чения, частота вращения при этом снижается по сравнению с синхрон­ными двигателями на 10—15 %.

Особенно многочисленными являются двигатели собственных нужд тепловых электростанций (ТЭС), приводящие в движение механизмы подготовки и транспортировки топлива, мельницы, грохоты, дробилки, конвейеры. Обширно хозяйство тягодутьевых механизмов (дымососов, вентиляторов), различных компрессоров, насосов, используемых в систе­мах водоснабжения, смазки и других устройств технологического обеспечения. Следует отметить также приводные устройства клапанов задви­жек, заслонок, подъемно-транспортной техники.

Аналогичное оборудование применяется и на гидроэлектростанциях (ГЭС), хотя и в существенно меньших масштабах, так как на ГЭС, очевидно, нет необходимости в комплексе, отвечающем за подготовку топлива.

Большая часть МСН относится к устройствам высокой ответственно­сти, остановка которых может привести к повреждениям и авариям основного оборудования, производящего энергию, т.е. турбо- и гидро­генераторов. В первую очередь к этой группе относятся питательные и бустерныенасосы, тягодутьевые механизмы. Например, прекращение подачи воды в котел ТЭС требует принятия практически немедленных мер к снижению его нагрузки, а в дальнейшем — к останову.

При остановке дутьевых вентиляторов или дымососов ТЭС требуется снижение производительности котлов. К ответственному оборудованию, непосредственно влияющему на работу блоков ТЭС, относятся также конденсатные, циркуляционные и сетевые насосы, мельницы, вентиля­торы, насосы смазки и системы охлаждения генераторов, трансформато­ров, приводы задвижек и другие устройства.

К условно «неответственным» механизмам относятся такие, прекра­щение которых не приводит к существенному изменению нагрузки основного оборудования, однако основное оборудование ТЭС и ГЭС, а также вспомогательные устройства жестко связаны в едином технологи­ческом цикле. Нарушения работы большинства МСН оказывают воздей­ствие на работу основного оборудования. Взаимосвязь между работой основного оборудования и МСН обеспечивается действием устройств регулирования, реализуемым при сложном характере управления привод­ными двигателями.

Основным видом привода для МСН служат электродвигатели, глав­ным образом асинхронные с короткозамкнутой обмоткой ротора. Относи­тельно небольшую зону занимают синхронные двигатели, а для некото­рых механизмов, в том числе и резервных, применяют и двигатели постоянного тока.

Система питания асинхронных двигателей (АД) включает в себя источники электроснабжения, распределительные устройства (РУ) и сети 6,3—10,5 кВ, понижающие трансформаторы, РУ и сети 0,4 кВ, выпрями­тельные установки, сети постоянного тока.

Применяемые АД для привода ответственных МСН энергоблоков ТЭС мощностью от 200 до 8000 кВт частотой вращения (300—3000) 1/мин напряжением 6 кВ устанавливаются непосредственно на площадке ТЭС, а напряжением 10 кВ — на удаленных объектах (например, на береговых насосных станциях). По мере развития регулируемого по частоте враще­ния привода находят применение и двигатели с фазным ротором, в кото­рых обмотка ротора не короткозамкнутая типа «беличьей клетки», а сходна с трехфазной обмоткой статора. Такие двигатели применяются для привода мельниц-вентиляторов и тягодутьевых механизмов.

До недавнего времени комплектация МСН осуществлялась АД обще­промышленного назначения. Частые пуски, необходимость регулирова­ния частоты вращения, определяемой режимом нагрузки ТЭС, повышен­ные моменты инерции многих механизмов потребовали создания новых вариантов двигателей и качественно иных типов приводов, предназначен­ных для эксплуатации в условиях электростанций. Работа значительного числа энергоблоков при меняющихся и неполных нагрузках, т.е. сущест­венное возрастание доли времени работы станций в регулировании нагрузки приводят к необходимости внедрения регулируемого электро­привода МСН. Применение двухскоростных АД, нередко используемых на станциях, не дает полного решения проблемы.

Частые пуски АД и переключения схем обмоток статоров с целью изменения числа их полюсов снижают уровень надежности как самих приводных двигателей, так и коммутирующей аппаратуры, рассчитанной на ограниченное число прямых пусков.

Регулируемый электропривод представляет собой комплексную систему, состоящую из АД, преобразователя частоты (ПЧ) напряжения и управ­ляющих цепей автоматического управления режимами.

Такой привод получил название частотно-регулируемого, где для раз­личных ПЧ используются тиристорные и транзисторные полупроводни­ковые ключи. Во всем диапазоне нагрузок КПД преобразователя частоты с асинхронными двигателями весьма высок (96-—99 %).

Применение этого типа привода позволяет существенно снизить энер­гопотребление МСН, улучшить условия их эксплуатации, увеличить надежность, снизить расходы на ремонт, облегчить условия весьма тяже­лых пусков мощных механизмов. Расчеты и исследования показывают, что эффективность применения регулируемых приводов переменного тока дает экономию энергии в 8—14 %, а также уменьшает удельный рас­ход топлива на ТЭС.

Опыт практического использования частотно-регулируемого привода представляется весьма перспективным при небольших сроках окупаемо­сти и масштабы его применения будут возрастать, особенно с интенсив­ным внедрением новых элементов силовой полупроводниковой техники, унифицированных систем управления, защиты и диагностики с использо­ванием микропроцессорной техники, а также новых высоконадежных синхронных вентильно-реактивных двигателей.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принцип обратимости электрических машин?

2. Опишите конструкцию синхронной машины (СМ).

3. Каково чередование полюсов СМ?

4. От чего зависит частота генерируемого напряжения СМ? Назовите частоты вращения СМ в Европе и США.

5. Объясните принцип действия СМ.

6. Что такое угонная частота вращения синхронных генерагоров?

7. Объясните особенности способов охлаждения турбо- и гидрогенераторов.

8. Охарактеризуйте задачи и структуру систем возбуждения СМ.

9. Изобразите характеристики СГ, работающих на автономную нагрузку.

10. Как правильно включить СГ на параллельную работу с сетью?

11. Что означает статическая устойчивость СГ?

12. В чем назначение синхронных компенсаторов?

13. Каковы преимущества и особенности АСТГ?

14. Классифицируйте типы асинхронных двигателей (АД) в системе механизмов собст­венных нужд (МСН).

15. В чем достоинства электропривода, питаемого от преобразователей частоты (ПЧ)?

Литература для самостоятельного изучения

7.1.ТокаревБ.Ф. Электрические машины. Т. 1, 2 : учеб. пособие для вузов. М.: Эперго-атомиздат, 1990.

7.2. Иванов-Смоленский А.В.Электрические машины. Т. 1, 2: учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2004.

 

Глава восьмая

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Асинхронные двигатели в системах электропривода

Асинхронные двигатели в системах электропривода

Курсовая работа

по дисциплине « Электрические и электромеханические оборудование»

Асинхронный двигатель, короткозамкнутый ротор, фазный ротор, пусковой реостат, электрические потери, тепловое состояние, эквивалентная мощность, номинальный момент.

Объектом исследования является асинхронный двигатель с фазным ротором.

Цель работы - расчет основных параметров и характеристик АД, изучение пусковых схем. 

Курсовая работа содержит расчет асинхронного двигателя 4АК225M6УЗ серии 4А с фазным ротором. 

В курсовой работе определена, по заданной нагрузочной диаграмме электропривода, эквивалентная мощность и выбран асинхронный двигатель с фазным ротором. Произведена проверка выбранного двигателя на нагрев по методу средних потерь, а так же проверка на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети, расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме

Определено сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора, выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построены естественная и реостатная характеристики выбранного двигателя.

Рассчитаны сопротивления секций пускового резистора и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске, начерчены и изучены схемы управления пуском и реверсом асинхронных двигателей.

Содержание

Задание

Введение

1.Асинхронные двигатели в системах электропривода

1.1 Параметры задания и выбор варианта задания 

1.2Расчет эквивалентной мощности и выбор АД 

1.3Проверка выбранного двигателя по нагреву

1.4Проверка на перегрузку при снижении напряжения

1.5Расчет теплового состояния АД

1.6Расчет механических характеристик

1.7 Расчет резисторов пускового реостата

1.8 Расчет электрических потерь при пуске двигателя

2 Управление пуском асинхронных двигателей

2.2Управление пуском АД с короткозамкнутым ротором

2.1 Общие положения 2.3 Управление пуском АД с фазным ротором в функции времени

3 Управление реверсом АД с короткозамкнутым ротором 

Заключение

Библиографический список

Введение 

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при определенной мощности, являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Их масса на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного тока. Чаще всего асинхронные двигатели применяются при невысокой частоте включений, когда не регулируют частоту вращения или возможно ступенчатое её регулирование.

В установках, где требуется регулирование частоты вращения в относительно небольших пределах, необходимы плавный пуск, хорошие тормозные качества, ограничение токов в переходных процессах и т.д., находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей является возможность уменьшения с помощью реостатов их пусковых токов при одновременном увеличении пускового момента.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полного использования в процессе работы. В случае завышения номинальной мощности двигателя снижаются технико-экономические показатели электропривода, т.е. КПД и коэффициент мощности. Если же нагрузка на валу двигателя превышает номинальную, то это приводит к росту токов в его обмотках, а значит и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений.

Для обоснованного выбора асинхронного двигателя необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени, что в свою очередь позволяет судить о характере изменения потерь мощности. С целью определения нагрузки двигателя большинства производственных механизмов, строятся так называемые нагрузочные диаграммы, под которыми понимаются зависимости развиваемых двигателем момента и мощности от времени, т.е. M=f(t) и P=f(t).

Различают следующие режимы работы двигателя: продолжительный при постоянной нагрузке на валу двигателя; кратковременный; повторно-кратковременный; ударный (момент статистической нагрузки резко увеличивается по различным законам, а затем снижается до момента холостого хода). 

1 Асинхронные двигатели в системах электропривода 

1.1 Параметры задания и выбор варианта задания

Вариант задания выбирается по двузначному шифру, присвоенному студенту преподавателем; для студентов заочной формы обучения – по двум последним цифрам шифра зачетной книжки.

Параметры нагрузки на каждой ступени,синхронная частота вращения АД и требуемое снижение частоты вращения ротора в процентах от номинальной приведены в таблице 1.1, а длительность ступеней – в таблице 1.2.

При расчете принять, что в период паузы (t5) двигатель работает в режиме холостого хода без отключения от сети. 

Напряжение питающей (цеховой) сети принять в зависимости от мощности двигателя:

от 22 до 75 кВт – 380 В,

от 45 до 110 кВт – 660 В,

от 45 до 75 кВт – 380 либо 660 В (выбрать по желанию).

Снижение напряжения в питающей сети для проверки выбранного АД на перегрузочную способность принять 10 % от номинального для всех вариантов.

Число ступеней пускового реостата для всех вариантов z = 2.

Таблица 1.1 - Параметры нагрузки

Последняя цифра варианта

Мощность на ступенях

нагрузки, кВт

Синхронная частота вращения,

об/мин

∆n,

%

Р1

Р2

Р3

Р4

0

3

5

9

4

750

5,8

1

7

13

9

18

750

5,5

2

15

10

35

22

750

4,6

3

13

6

10

5

1000

4,8

4

18

22

9

12

1000

4,0

5

22

30

40

25

1000

4,5

6

8

15

5

18

1000

4,2

7

25

12

15

10

1500

5,0

8

25

35

45

12

1500

5,7

9

45

27

40

50

1500

6,0

Таблица 1.2 - Длительность ступеней нагрузки

Длительность ступеней нагрузки, мин

Предпоследняя цифра варианта (шифра)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t1

10

13

12

13

9

6

16

10

11

7

t2

5

7

9

8

15

8

6

12

7

14

t3

15

9

14

9

8

18

13

15

18

10

t4

8

13

8

11

12

10

9

6

9

13

t5

7

8

7

4

6

8

6

7

5

6

Из приведенных таблиц 1.1 и 1.2 в соответствии с вариантом 08 следует:

мощности на ступенях нагрузки, кВт,

Р1=22, Р2=30, Р3=40,Р4=25,

длительность каждой ступени нагрузки, мин,

t1=13, t2=7, t3=9, t4=13, t5=8.

Синхронная частота вращения АД–1000об/мин. Требуемое снижение частоты вращения на реостатной характеристике Δn=4,5%.

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий длительный переменный режим работы электропривода (рисунок 1), можно привести к равномерному, воспользовавшись понятием эквивалентной (среднеквадратичной) мощности, кВт,

, (1.1)

где Pi –мощность, кВт,

ti – продолжительность нагрузки каждой i-й ступени графика, включая паузу,мин,

кВт.

По каталогу выбираем двигатель 4АК225M6УЗ,имеющий следующие параметры:

номинальная мощность Рн=30кВт,

номинальное скольжение Sн=3,5%,

КПД в номинальном режиме hн=89%,

кратность номинального момента Km=2,5;

напряжение ротора Uр=140 В,

ток ротора Iр=150А,

постоянная времени нагрева Тн=30мин,

суммарный момент инерции, 

приведенный к валу двигателя J=55×10-2 кг×м2.

Характеристика двигателя 4АК225M6УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение по способу защиты – IP44– защита от проникновения внутрь оболочки предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм; степень защиты от проникновения внутрь машины воды 3 ;станина алюминиевая, щиты чугунные; высота оси вращения – 225мм; установочный размер по длине станины средний; число полюсов–6; климатическое исполнение –УЗ, т.е. возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата, в закрытых помещениях.

1.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву

Выбор АД гарантирует, что данный двигатель при заданном графике нагрузки удовлетворяет требованиям по нагреву, однако проведем проверку.

Проверка по нагреву производится по методу средних потерь. Для этого вначале определяются потери в номинальном режиме по данным каталога:

Потери в номинальном режиме, кВт,

, (1.2)

где Рн – номинальная мощность выбранного АД, кВт,

ηн – КПД в номинальном режиме по каталогу.

кВт.

Найденные потери являются суммой потерь в меди обмоток статора и ротора, в стали и механических. Будем считать, что механические потери остаются постоянными,тогда сумму потерь разделим на две группы:

-постоянные потери или потери х.х., включающие в себя потери в стали, механические и дополнительные,

-переменные потери в обмотках, изменяющиеся с изменением нагрузки.

В большинстве случаев соблюдаются следующие соотношения:

, (1.3)

, (1.4)

где Pм – потери в меди обмоток при номинальной нагрузке, кВт,

P0 – потери х.х. (постоянные потери), кВт.

кВт,

кВт.

Потери в обмотках являются переменными, они пропорциональны квадрату тока или квадрату коэффициента нагрузки. Исходя из этого:

Коэффициенты нагрузки по ступеням графика

, (1.5)

где Pi – мощность i-й ступени нагрузки,

Кнi – коэффициент нагрузки i-й ступени.

кВт,

кВт,

кВт,

кВт,

кВт.

Потери на каждой ступени графика нагрузки, кВт,

, (1.6)

кВт,

кВт,

кВт,

кВт,

кВт.

Средние потери за цикл, кВт,

, (1.7)

кВт .

Проверка выбранного двигателя по нагреву заключается в проверке условия:

, (1.8)

3,179 кВт < 3,708 кВт.

В нашем случае условие выполняется.

1.4 Проверка на перегрузку при снижении напряжения

В заводских силовых электрических цепях допускается снижение напряжения на 10%.Естественно, что при таком снижении напряжения оборудование не должно терять работоспособность.В то же время известно, что момент на валу асинхронных двигателей снижается пропо рционально квадрату напряжения. Поэтому выбранный двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность при понижении напряжения. Иногда может быть и большее понижение напряжения. 

Проверка сводится к проверке условия, что максимальный момент двигателя при снижении напряжения будет не меньше момента сопротивления на валу.

Должно выполняться условие 

, (1.9)

где Pmax – максимальная мощность по нагрузочной диаграмме, кВт,

ΔU – снижение напряжения, %, ΔU =10%,

Kmax – кратность максимального момента по каталогу.

, или – верно. Следовательно,двигатель сохраняет работоспособность при понижении напряжения в цеховой сети.

Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем поставленным условиям.

1.5 Расчет теплового состояния АД

Непосредственный расчет теплового режима электрической машины представляет собой сложную многофакторную задачу, решить которую возможно лишь при детальном конструктивном расчете. В данной работе рассмотрим этот процесс с качественной стороны, введя ряд допущений.

Одним из таких допущений будет представление АД однородным телом с равномерно распределенными внутри его объема источниками тепла, которыми являются потери. Процесс нагревания такого тела описывается уравнением:

, (1.10)

где τнач – начальное превышение температуры (в начале расчета τнач =0), °C,

Тн – постоянная времени нагревания,

τуст – установившееся превышение температуры.

Если принять установившееся превышение температуры в оминальном режиме равным допустимому для данного класса термостойкости изоляции, то для любого иного режима

, (1.11)

где τдоп – допустимое превышение температуры, в данном случае 

τдоп =80°C,

ΔРi – потери на i-й ступени нагрузки, кВт.

°С,

°С,

°С,

°С ,

°С,

в течение второго цикла –

°С,

°С,

°С,

°С,

°С,

в течение третьего цикла -

°С,

°С,

°С,

°С,

°С,

Как видно, превышения температуры после третьего цикла остаются практически неизменными, т.е. тепловой режим двигателя достиг установившегося состояния.

, (1.12)

, (1.13)

33,34 ˚С;

50,49 ˚С;

59,29 ˚С;

63,81 ˚С;

66,13 ˚С;

68,24 ˚С;

68,49˚С

1.6 Расчет механических характеристик

Механическими характеристиками АД называют зависимости М=f(s) и n=f(M). 

Аналитические выражения данных характеристик достаточно сложны, требуют знания многих параметров АД и для практических целей используются редко. Более удобной является так называемая формула Клосса, вполне удовлетворительно описывающая реальную характеристику в пределах изменения скольжения от 0 до критического Sк. Вторая часть характеристики, рассчитанная по формуле Клосса, существенно отличается от реальной. Однако в этой части асинхронные двигатели не работают, и практического значения для анализа задач электропривода она не представляет.

Рисунок 1- Диаграмма потерь и кривые нагрева

Рисунок 2- Механическая характеристика M=f(s)

Рисунок 3- Механическая характеристика n=f(Me)

Для расчета естественной механической характеристики находим:

номинальную частоту вращения, об/мин,

, (1.14)

где n1 – синхронная частота вращения, об/мин,

Sн – номинальное скольжение по каталогу, о.е.

об/мин,

номинальный момент, Н·м,

, (1.15)

где Рн – номинальная мощность,

Н·м,

критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту,

, (1.16)

где Sн – номинальное скольжение,

Км – кратность номинального момента.

,

максимальный момент, Н·м,

, (1.17)

Н·м.

Задавшись величиной S от 0 до 1,2, можно рассчитать зависимость М=f(s), которую затем легко перевести в координаты n=f(M) по формуле:

. (1.18)

Расчет механической характеристики производим по упрощенной формуле Клосса, Н·м,

(1.19)

где Км – коэффициент перегрузочной способности,

S – текущее значение скольжения,

Sк – критическое скольжение,

Мн – номинальный момент на валу двигателя, Н·м.

При отсутствии резисторов в цепи ротора имеем естественные характеристики.

Результаты расчета приведены в таблице 1.3, 

Таблица 1.3 – Механические характеристики выбранного АД

Исследуемые

параметры машины S

SН=0,035

0,1

SK=0.168

0,2

SР.К=0,376

0,4

0,8

0,1

0,12

Частота вращения

ротора n,

об/мин

1000

965

900

832

800

624

600

200

Моменты М, Н·м:

естественная характеристика

233,81

653,00

641.58

730,9

514,914

529,3

298,1

242,1

203,5

реостатная характеристика

121,35

368,93

485.94

615,7

645,247

740,78

571,2

488,8

423,3

Введение добавочного сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению критического скольжения, величина максимального момента при этом не изменяется. Иными словами, механическая характеристика смещается вниз, а М=f(s) – вправо. Тем самым при постоянном моменте сопротивления Мс частота вращения несколько снижается.

При реостатной характеристике частота вращения ротора, при заданномΔn=4,5%, об/мин,

, (1.20)

об/мин,

скольжение, соответствующее данной частоте вращения,

, (1.21)

.

Сопротивление ротора выбранного двигателя, Ом,

(1.22)

Ом,

тогда необходимое добавочное сопротивление, Ом,

, (1.23)

Ом.

Критическое скольжение на реостатной характеристике,

, (1.24)

.

1.7 Расчет резисторов пускового реостата

Пусковые диаграммы строим по моментам М1 и М2. 

По заданию пуск двигателя производится при Мс=0. Выбираем пиковый момент, Н·м,

, (1.25)

Н·м.

По условию задания число пусковых ступенейz=2, тогда переключающий момент, Н·м,

, (1.26)

Н·м,

или М2=0,36Мн, что вполне допустимо при пуске в режиме х.х.

Рисунок 5- Пусковая диаграмма

По найденным моментам построена пусковая диаграмма (рисунок 5), из которой получаем соотношение отрезков: ab/cd и bc/cd.

Следовательно, сопротивление секций пускового реостата, Ом,

, (1.27)

Ом,

Ом.

1.8 Расчет электрических потерь при пуске двигателя

Электрические потери при пуске асинхронных двигателей состоят из потерь в роторной цепи, определяемых запасом кинетической энергии, которую приобретает привод к концу пуска, и потерь в статорной цепи, зависящих от соотношения активных сопротивлений статорной и роторной цепей.

Незначительными постоянными потерями в процессе пуска и влиянием намагничивающего тока можно пренебречь.

Для расчета электрических потерь необходимо предварительно определить скольжения при переходе с одной характеристики на другую. По пусковой диаграмме (рисунок 5) находим, что первое переключение должно быть при частоте вращения958 об/мин, второе – 1304 об/мин, следовательно по уравнениям 1.28 скольжение соответствующее ей частоте-

(1.28)

,

.

Угловая синхронная частота вращения,рад/с,

, (1.29)

refleader.ru