Група 12. Число 07.12.2020. Тема.Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором.

 

1.Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, ковзання.

Конструкція

Прилад складається з основних вузлів, які в свою чергу мають ряд додаткових деталей:

1.     1 вал

2.     2 підшипники

3.     3 підшипникові щити

4.     4 лапи: спосіб кріплення на основу

5.      5 захисний кожух

6.      6 задні підшипники

7.      7 крильчатка

8.      8 додаткові щити

9.      9  ротор

1       10статор  

1       11 клеми.

 

Асинхронна машина – найбільш поширений тип сучасних електричних машин. Асинхронна машина може працювати, як в якості двигуна, так в якості генератора. Оскільки асинхронний двигун має просту конструкцію, дешевий у виробництві та для свого обслуговування не потребує висококваліфікованого персоналу, то він отримав широке застосування, як в промисловості, так і в побутових умовах.

Асинхронна машина (рис. 1.1) складається із двох основних частин: нерухомої частини статора (рис. 1.1а) та обертової частини – ротора. Ротор може бути виконаний у двох варіантах: короткозамкнений (рис. 1.1б) і фазний (рис. 1.1в).

Рис. 1.1. Асинхроний двигун розібраний

На нерухомій частині двигуна – статорі 1 (рис. 1.1а) розміщується трифазна обмотка 2, яка живиться трифазним струмом. Початки та кінці трьох фаз обмоток виводяться на загальний щиток (клемник), закріплений зовні на корпусі двигуна. Оскільки в обмотках статора протікає змінний струм, то по магнітопроводу статора проходить змінний магнітний потік. Для зменшення вихрових струмів, що виникають в магнітопроводі, його роблять з окремих штампованих листів легованої сталі завтовшки 0,35-0,5 мм. Листи, ізольовані один від одного, з виштампованими пазами для обмотки стягують між собою болтами, ізольованими від статора. Зібраний сердечник статора 1 закріплюють у алюмінієвому чи чавунному корпусі 3 двигуна.

Ротор також збираютьз окремих листів сталі (рис. 1.2б). У випадку короткозамкненого – у пази ротора закладають стержні, які з двох сторін припаюють до кілець (рис. 1.2а). Якщо при виготовленні сталевого сердечника, статора і ротора приймають всілякі заходи по зменшенню вихрових струмів, то короткозамкнуту обмотку ротора («біляче колесо» - рис.1. 2а) прагнуть виконати так, щоб індуковані струми отримували в ній на своєму шляху якомога менший опір, для чого всі місця спайки виконують особливо ретельно.

Рис.1. 2. Розібраний ротор [17]

 

Вал 4 ротора (див. рис.1.1) обертається в підшипниках, розташованих в підшипникових (опорних) щитах. Ці щити за допомогою болтів закріплюються на корпусі двигуна. На один кінець вала ротора іноді насаджується шків для передачі обертання робочим машинам або верстатам.

Аналізуючи недоліки асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, слід зазначити складність регулювання числа оборотів цих двигунів і великий пусковий струм у них. Ось основні причини, які привели до того, що разом з асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором застосовуються ще й асинхронні двигуни з фазним ротором. Статори обох двигунів не відрізняються між собою.

На рис. приведений вид асинхронної машини з фазним ротором в розрізі: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактні кільця, 5 - щітки.

 

Відмінність між ними полягає тільки у будові ротора. Електродвигун з фазним ротором має ротор, на якому, як і на статорі, розміщено три фазні обмотки, сполучені мiж собою зіркою (інколи трикутником). Кінці фазних обмоток ротора приєднуються до трьох мідних кілець, закріплених на валу ротора і ізольованих як між собою, так і від сталевого сердечника ротора, внаслідок чого цей двигун отримав також назву двигуна з контактними кільцями. Перед пуском в хід на мідні контактні кільця накладаються вугільні щітки, які приєднані до пускового реостата. Введенням опору в коло роторної обмотки при пуску oбмежують струм ротора. Пусковий струм двигуна з фазним ротором не перевищує двократної величини нормального струму. По мірі розгону ротора опір пускового реостата виводять, і при досягненні ротором нормальної швидкості пусковий реостат закорочують.

Щітки, стикаючись з кільцями, які обертаються, під час роботи двигуна безперервно стираются. Тому в деяких двигунах роблять пристосування для підйому щіток після того, як двигун пущений в хід. Але підйом щіток викличе розрив ланцюга роторної обмoтки. Тому на вал ротора надягають муфту, яка може переміщатися по валу за допомогою важеля. На муфті є три зажими, які при подачі муфти замикають (закорочують) кільця між собою.

Якщо частота обертання поля , а частота обертання ротора , то режим роботі асинхронної машини можно характеризувати вводячи поняття ковзання :

.                                                 (1.1)

В режимі двигуна  асинхронна машина перетворює електричну енергію у механічну. Очевидно, що ротор двигуна повинен обертатися повільніше за обертання поля, з такою частотою, при якій струми в обмотці ротора, взаємодіючи з обертовим магнітним полем статора, сворюють електромагнітний обетровий момент, що врівноважує механічний гальмівний момент, утворений силами тертя та навантаженням на валу двигуна. Стабільний режим роботи двигуна буде при рівності цих моментів.

В режимі генератора  асинхронна машина перетворює механічну енергію у електричну. Ротор генератора обертається за напрямом обертання магнітного поля, яке створюється струмами в обмотках статора, з частотою більшою ніж частота поля. Звісно, що це можливо за умови дії сторонньої сили, яка обертає ротор. Тепер машина буде створювати гальмівний електромагнітний момент, який перешкоджає обертати ротор.

Можливий третій варіант , ротор трифазної асинхронної машини обертається за напрямом протилежним до напряму обертання поля, що створюється струмами статора. Такий режим має назву – режим електромагнітного гальма, оскільки при цьому в магнітопроводі машини розсіюється значна енергія на гістерезис та вихрові струми.

2.Обертове магнітне поле

Обмотки статора, що розміщені в його пазах розділені на секції та розташовані під кутом 120° одна до одної. Обертове магнітне поле створюється обмотками статора на які подається трифазна синусоїдна напруга. Тобто у котушках проходять струми (2), зсунуті один до одного на 120° (рис.4 ):

                                                                             (1.2)

Рис. 1.4. Характеристики обертового магнітного поля [4]

 

Характеристики обертового магнітного поля залежать від способу геометричного розміщення і кількості фазних обмоток статора. Зокрема, три однакових фазних обмотки, що розташовані під кутом 120° одна до одної, будуть створювати двополюсне магнітне поле. Якщо фазні обмотки з’єднати по схемі зірка і під’єднати до трифазного джерела електричної енергії то у витках котушок появиться струми, що створять магнітне поле. Напрями векторів індукції магнітних полів відповідних фаз зображені на рисунку (1.5), а значення відображені рівняннями:

                                        (1.3)

Рис.1.5. Напрями векторів індукції магнітних полів відповідних фаз [8]

 

Ці магнітні індукції додаються векторно, утворюючи магнітну індукцію результуючого поля.

3.Механічна характеристика асинхронного двигуна

Для стійкої роботи двигуна важливо, щоб автоматично встановлювалась рівновага обертового і гальмівного моментів, із збільшенням навантаження на валу двигуна повинен відповідно зростати обертовий момент. Це зрівноваження моментів відбувається так: при збільшень навантаження на валу гальмівний момент виявляється більшим за обертовой момент, внаслідок чого частота обертання ротора зменшується відповідно зростає  – ковзання. Підвищення ковзання приводить до збільшенням обертового моменту, і рівновага моментів відновлюється при новому значенні ковзання.

Для цілей електроприводу велике значення має залежність частоти обертання ротора двигуна від нанавантеження на валу , ця залежність носить назву механічной характеристики

Механічна характеристика асинхронного двигуна

 

ККД асинхронного двигуна

η=Р₂/Р₁.

Для сучасних трифазних асинхронних двигунів номінальне значення ККД складає 0,50,95. З підвищенням номінальної потужності двигуна ККД підвищується.

Використовуючи отримані рівності, можна вивести досить важливі енергетичні відношення для асинхронного двигуна.

Синхронна швидкість обертання магнітного поля.

Швидкість обертання магнітного поля називається синхронною і залежить від частоти струму в обмотці статора та кількості пар магнітних полюсів статора

4.Запуск асинхронного двигуна

1.Запуск трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором до живильної мережі здійснюється трьома проводами, які підключають до початків обмоток статора. Обмотки статора асинхронного електродвигуна з'єднують за схемою зірки (С4, С5, С6 поєднують у загальний вузол) або за схемою трикутника (С4 із С2, С5 із С3, С6 із С1).

Момент, який розвивається на валу електродвигуна, залежить від магнітного потоку, сили струму в обмотці ротора та коефіцієнта потужності обмотки ротора:

М = kФI₂ cos₂ , (7.10)

де М - обертаючий момент, Нм;

Ф - діюче значення магнітного потоку, Вб;

I₂ - діюче значення сили струму в обмотці ротора, А;

₂ - кут зсуву фаз е.р.с. і струму ротора, рад.

У початковий момент пуску ротор електродвигуна нерухомий і відносне ковзання дорівнює одиниці, тому сила струму в обмотках електродвигуна при пуску більше номінального значення в 5 - 7 разів. Пуск асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором здійснюють при номінальній напрузі (прямий пуск) та при зниженій напрузі:

Прямий пуск електродвигуна здійснюється безпосереднім його включенням у мережу без будь-яких пристроїв зниження напруги. Застосовується в тих випадках, коли номінальна потужність двигуна набагато менше електричної потужності силового трансформатора. При такому способі пуску струм, споживаний електродвигуном при пуску, не спричиняє значного перегріву двигуна і спадання напруги мережі (тобто не порушить роботу інших пристроїв, включених в мережу).

Пуск при зниженій напрузі здійснюється за допомогою пристроїв, які знижують напругу на затисках електродвигуна (автотрансформатора, індукційного регулятора та інших), а також за допомогою переключення обмоток статора електродвигуна з зірки на трикутник (тобто в початковий момент пуску обмотки статора з'єднані за схемою зірки, а після короткотермінового процесу пуску переключаються на схему трикутника).

5. Регулбвання швидкості обертання асинхронних машин.

регулювати частоту обертання асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором можна такими способами:

Зміною частоти струму в обмотці статора електродвигуна (f). Для цього використовують регулятор частоти, який дозволяє виконувати плавне регулювання швидкості в широких межах.

Зміною кількості пар полюсів електродвигуна (р). Для цього використовують двигуни зі спеціальною обмоткою статора, яка дозволяє робити східчасте регулювання швидкості (1:2:3:4). Електродвигун у цьому випадку має великі габарити і вартість, а також спеціальний перемикаючий пристрій. Найбільш простим з таких електродвигунів є той, який дозволяє регулювати швидкість у співвідношенні 1:2.

Зміною ковзання (s). Для цього змінюють напругу, яка підводиться до обмоток статора, за допомогою регулятора напруги.

6.Реверсування, та область застосування асинхронних двигунів.

 

Реверсування

Для зміни напряму обертання ротора (реверсування) асинхронного електродвигуна треба поміняти місцями два будь-яких проводи з трьох, якими до обмоток статора підводиться напруга.

Область застосування асинхронних електричних машин

Електричні машини застосовуються у всіх галузях промисловості, на транспорті, у сільському господарстві й побуті. Майже вся електрична енергія виробляється електричними генераторами, а дві третини її перетвориться електричними двигунами в механічну енергію. Від правильного вибору й використання електричних машин багато в чому залежить технічний рівень виробів багатьох галузей промисловості.

 

 

Запитання:

     1.Будова асинхронного двигуна?

2.В яких режимах може працювати асинхронний двигун?

3.ККД двигуна?

4.Наведіть формула ковзані?

     5.Як запускати електродвигун в роботу?

6.Як реверсу вати двигун?

7.Де застосовуються двигуни?

8.Як регулюють швидкість двигуна?

 

 

 

Домашнє завдання: вивчити конспект