Однофазный двигатель. Трехфазных асинхронных двигателей


Однофазный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 мая 2014; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 мая 2014; проверки требуют 5 правок.

Однофа́зный дви́гатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока.

Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным.

Строго говоря, именно однофазным называется такой асинхронный двигатель, который имеет на статоре одну рабочую обмотку, которая подключается к сети однофазного тока. Запуск осуществляется вращающимся магнитным полем, создающимся основной обмоткой и дополнительной (меньшей) пусковой обмоткой, которая подключается через ёмкость/индуктивность к основной сети на время пуска или замыкается накоротко (в двигателях малой мощности).

Преимуществом двигателя является простота конструкции (короткозамкнутый ротор). Недостатки — малый пусковой момент (или вообще его отсутствие) и низкий КПД.

Применяются в основном в вентиляторах малой мощности (настольных, оконных, для ванных комнат и т. п.). Самым массовым советским вентилятором такого типа (и двигателем для него) был «ВН-2» мощностью 15 Ватт. Особенностью его конструкции является установка шарикового подшипника только с одной стороны вала двигателя (противоположной крыльчатке вентилятора), в результате из-за значительных изгибающих нагрузок подшипник (и двигатель) сильно шумит даже на малых оборотах.

ru.wikipedia.org

Устройство трехфазных асинхронных двигателей

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 32Следующая ⇒

По конструкции асинхронные двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). На рис. 3.1. представлен общий вид асинхронного двигателя с короткозамкнутой (а) и фазной (б) обмотками ротора.

Статоры асинхронных двигателей имеют следующую конструкцию: магнитопровод, который набран из штампованных листов электротехнической стали, в пазы которых уложена распределенная трехфазная обмотка, создающая круговое вращающееся магнитное поле с 2р полюсами.

а б

Рис. 3.1

Короткозамкнутую обмотку ротора (рис. 3.2, а) выполняют в виде стержней, расположенных вдоль внешней поверхности цилиндра с небольшим скосом и замкнутых между собой на торцах (обмотки типа беличьего колеса).

Фазный ротор (рис. 3.2, б) асинхронной машины набирают из листов электротехнической стали в полый цилиндр, по внутренней поверхности которого вырублены пазы. В эти пазы укладывается трехфазная обмотка ротора. Концы распределенной трехфазной обмотки ротора подключены к контактным кольцам. Наличие контактных колец и фазной обмотки позволяет изменять активное сопротивление цепи ротора двигателя в процессе его вращения, что необходимо для уменьшения значительного пускового тока, возникающего при пуске, а также для регулирования частоты вращения ротора и изменения величины его пускового момента.

а б

Рис. 3.2

Принцип действия асинхронного двигателя.

При подаче к трехфазной обмотке статора асинхронного двигателя трехфазного напряжения возникает результирующий вращающийся магнитный поток. Этот поток вращается в пространстве с частотой вращения, равной синхронной, которая находится в строгой зависимости от частоты ƒ, подводимого напряжения и числа пар полюсов p двигателя:

.

При этом частота вращения ротора n2 отличается от n1. Мерой этого отличия является скольжение ротора:

% .

Для большинства современных типов асинхронных электродвигателей скольжение ротора при номинальной нагрузке заключено в пределах (2 - 6) %, а при работе в режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки, скольжение ротора составляет доли процента. Каждый асинхронный электродвигатель характеризуется своими номинальными данными, на которые он рассчитан. Основные технические данные электродвигателя указаны в их паспортах и каталогах.

Конструкция обмотки статора дает возможность соединять обмотки двигателя как «треугольником», так и «звездой». Благодаря этому каждый трехфазный асинхронный электродвигатель можно использовать при двух различных (линейном и фазном) напряжениях питающей сети.

Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в обмотках ротора трехфазную ЭДС:

Действующее значение ЭДС статора:

,

Действующее значение ЭДС ротора:

,

где - число витков в фазе статора и ротора; - амплитудное значение магнитного потока; - скольжение; - обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора.

Активная мощность, подводимая к электродвигателю из сети больше мощности, развиваемой двигателем на валу на величину потерь.

Электрические потери мощности в активных сопротивлениях обмотки статора и ротора (потери в меди)

, ,

где - число фаз обмотки статора; - ток в обмотке статора.

Потери мощности в магнитопроводах статора и ротора, равны сумме потерь на гистерезис и на вихревые токи (потери в стали) соответственно

, .

Мощность, передаваемая вращающимся магнитным полем ротору, называется электромагнитной мощностью и составляет:

,

где - ток ротора; - угол между током ротора и ЭДС ротора.

Мощность, преобразуемая в механическую равна:

.

Небольшая часть механической мощности теряется на трение в подшипниках ротора и вентиляцию . Мощность, развиваемая двигателем на валу:

.

Основная характеристика асинхронного двигателя – это зависимость скорости вращения ротора от вращающего момента - механическая характеристика (рис. 3).

Рис. 3.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя

При скольжении равном нулю, скорость вращения ротора равна , а при скольжение максимально - это критическое скольжение.

Естественной механической характеристикой называется характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором (сопротивление обмотки ротора практически равно нулю).

Искусственная характеристика – это характеристика двигателя с сопротивлением обмотки ротора (фазный ротор).

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, то есть режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент , соответствующий номинальному режиму, называется номинальным моментом:

.

Номинальная скорость вращения ротора

.

Максимальный момент (ему соответствует критическое скольжение )

.

Упрощенное уравнение механической характеристики в относительных единицах (формула Клосса)

.

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью асинхронного электродвигателя

.

Обычно перегрузочная способность изменяется в пределах от 1,8 до 2,5.

Отношение пускового момента , развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, то есть при , к номинальному моменту называется кратностью пускового момента

.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя – это зависимости частоты вращения ротора или скольжения , тока статора , момента на валу , КПД и в функции мощности, развиваемой на валу двигателя при и (рис. 3.4). Рабочие характеристики строят для области устойчивой работы двигателя (от до на 10…20 %).

С целью уменьшения потерь мощности в роторе и для повышения КПД асинхронные двигатели проектируют с небольшим номинальным скольжением, поэтому зависимость , которая называется

Рис. 3.4

скоростной характеристикой, является жесткой. Таким образом, частота вращения ротора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке уменьшается незначительно (на 2…6 %).

Коэффициент полезного действия двигателя (КПД)

.

Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то КПД двигателя является функцией нагрузки. Номинальный КПД двигателя достаточно высок. Для большинства современных асинхронных двигателей КПД имеет значение 80-90 %, а для мощных двигателей 90-96 %. Зависимости КПД и коэффициента мощности носят такой же характер, что и для трансформаторов, т.е. максимум КПД отвечает нагрузке 70…85 % от номинальной. Незначительный максимум имеет и кривая .

Работа асинхронного двигателя при небольшой нагрузке энергетически невыгодна из-за малого значения коэффициента мощности. Максимальный коэффициент мощности для асинхронного двигателя: малой и средней мощности (1…100 кВт) – 0,7…0,9; большой мощности (свыше 100 кВт) – 0,9…0,92 .

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Трехфазный асинхронный электрический двигатель

Трехфазный асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором

Принцип действия и устройство двигателя

Крайне редко используют асинхронные машины в качестве генераторов, в основном их применение находят как электрические двигатели.

Поговорим о действии работы асинхронного трехфазного электрического двигателя. С вращением магнита в направлении, обозначенном стрелками, короткозамкнутый виток скрещивается магнитным потоком. На этот момент возбуждается индукционный ток в витке, его направление обусловливают по правилу правой руки. В итоге взаимодействия магнитного поля вращающегося магнита и индукционного тока возникает пара сил F1 и F2 (по правилу левой руки определяют их направление), заставляющая виток вращаться.

Виток совершает обороты в направлении, согласно вращению магнитного поля, скорость витка меньше скорости вращения магнитного поля (в ином случае пересекающий виток, магнитный поток, не был бы переменным, и в итоге не возникал бы индукционный ток в витке). Благодаря этому является асинхронным вращение витка относительно поля. Вращающееся магнитное поле в асинхронном трехфазном двигателе образуется в результате прохождения тока по трем фазам обмотки статора, расположенным в свою очередь под углом 120° касательно друг друга. У такого двигателя ротор короткозамкнутый. Данные асинхронные электрические трехфазные двигатели, главным образом, используют в промышленности и сельском хозяйстве для запуска в действие необходимых различных электрических машин, станков, механизмов.

Основные характеристики двигателя

К техническим характеристикам асинхронного электрического трехфазного двигателя причисляют частоту вращения, мощность, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности , массу. Так же имеются и другие значительные характеристики такого двигателя, о них поговорим немного позже. Сравнительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля определяется скольжением, которое находят по формуле:

  • s – скольжение;

  • n1 – частота вращения магнитного поля статора;

  • n – частота вращения ротора

Учитывая, что частота вращения магнитного поля , определить частоту вращения двигателя можно по формуле:

Скольжение измеряют также в процентах.

Регулировать частоту вращения магнитного поля можно меняя число пар полюсов обмотки статора, а следовательно, и таким образом частоту вращения асинхронного двигателя.

Определённо важной характеристикой асинхронного электрического трехфазного двигателя служит вращающий момент. Вращающий момент создается благодаря действию сил, ротора и статора, обусловленных взаимодействием их магнитных полей. От скольжения зависит значение вращающего момента.

При скольжении, которому соответствует возрастание вращающего момента, возможна полностью устойчивая работа двигателя, то есть при скольжении Sa и вращающем моменте Ма частота вращения двигателя может дойти до нуля или станет уменьшаться при скольжении Sб и моменте Мб. На момент запуска асинхронного трехфазного электродвигателя с большей скоростью, чем при работе двигателя, пересекает обмотку ротора вращающееся магнитное поле из-за того, что на время его пуска ротор неподвижен. От этого в обмотке ротора индуцируется большая ЭДС по сравнению с номинальной ЭДС, а это значит что, по обмотке проходит и больший ток.

Повышение силы тока в обмотке ротора рождает отвечающее повышение силы тока в обмотке статора (это объясняется правилом Ленца и законом сохранения энергии). Скажем, при запуске асинхронного двигателя по обмотке статора идет ток в 4-7 раз превышающий номинальный, отчего вращающий момент при пуске больше номинального. Номинальный вращающий момент, как мы понимаем, меньше максимального вращающего момента.

Вследствие этого пользуются следующими тремя характеристиками: кратность пускового тока, кратность максимального момента и кратность пускового момента. Более детальные разъяснения об указанных характеристиках трехфазного асинхронного электродвигателя необходимы высококвалифицированным рабочим, инженерам, техникам. При такой необходимости такие сведения можно взять из специальных справочников. Выбирая электродвигатель, учитывают техническую характеристику и его условия эксплуатации.

Включение электрического двигателя

С зажимами, расположенными в коробке на станине двигателя, соединены выводы обмотки статора, предназначенные для подключения к электрической сети.

Существуют различные устройства коробки зажимов. К примеру, коробка может обладать тремя зажимами; как правило, это будет означать, что фазы обмотки статора уже соединены между собой треугольником или же звездой, а три зажима предназначены для присоединения кабеля или проводов, при помощи которых через определённые коммутационные, а так же защитные аппараты, двигатель включают к питающей его электрической сети.

Коробка может обладать шестью зажимами; это значит, что концы и начала фаз обмотки статора объединены с указанными зажимами, причем у каждого из зажимов обозначен конец или начало соответствующей фазы обмотки. В таком случае необходимо подготовить двигатель во включения в сеть, то есть зажимы соединить, таким образом, между собой, чтобы фазы обмоток статора были соединены треугольником или звездой.

В изменении вращения направления вала двигателя (реверсирования) необходимо сменить местами два линейных провода, с помощью которых двигатель в включают к сеть.

electrokiber.ru