Достоинства и недостатки асинхронных машин. Устройство и принцип действия асинхронной машины

Достоинства и недостатки асинхронных машин. Устройство и принцип действия асинхронной машины

Устройство асинхронной машины. Неподвижная часть машины переменного тока называется статором, а подвижная часть -

ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин собираются из листов электротехнической стали (рис. 19-1), которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон масляно-канифольным изоляционным лаком. Сердечники машин малой мощности иногда собираются из листов без лакового покрытия, так как в этом случае достаточной изоляцией является естественный или искусственно созданный слой окислов на поверхности листов стали.

Объясните, почему существует вращающееся магнитное поле в асинхронном статоре двигателя. Как работает асинхронный двигатель? Как количество пар полюсов влияет на частоту вращения двигателя? Какова эффективность двигателя и крутящего момента? Опишите конструкцию трехфазного двигателя с короткозамкнутым якорем. Объясните характеристику крутящего момента двигателя. Как создать вращающееся электрическое поле для однофазных двигателей.

Руководство по электротехнике. 2 изд. Фазовые асинхронные двигатели наиболее широко используемые и трехфазные двигатели известны асинхронные двигатели статор индуцирует магнитное поле в напряжении ротора, и результирующий ток индуцирует вращающую силу.

На рис. 19-2 представлена фотография асинхронного двигателя малой мощности в разобранном виде, на которой видны статор, ротор и подшипниковые щиты. На рис. 19-3 дан чертеж асинхронного двигателя средней мощности.

Рис. 19-1. Листы сердечников статора (1) и ротора (2) асинхронной машины малой и средней мощности

Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора -на валу^ (машины малой и средней мощности) или на ободе с кое-стовинои и втулкой, надетой на вал (машины большой мощности) Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещаются в подшипниковых щитах, прикрепляемых к корпусу статора (машины ковых "стопках 11 М0ЩН0Сти) " или на сдельно стоящих подшнпни

Приводы швейных машин Рисунок 1: Двигатели швейных машин Характеристики В зависимости от типа используемого привода швейные машины можно разделить на машины и приводы: вручную, ногами, электроприводом. Ева Навратилова Электрические машины превращают механическую энергию в электрическую, электрическую энергию.

Индукционные машины 1 Структура Введение Индукционная машина является наиболее широко используемой и наиболее широко используемой электрической роторной машиной, и ее значение постоянно растет. Запуск асинхронных двигателей при запуске асинхронного двигателя, ток до 7 раз превышает номинальный ток, что приводит к сильному току в сети с относительно небольшим.

На ^внутренней цилиндрической поверхности статора и на внешней цилиндрической же поверхности ротора имеются пазы,


Рис. 19-2. Фотография асинхронного Двигателя с короткозамкнутым ротором типа А71-6 мощностью 14 кет в разобранном виде

в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора. Обмотка статора выполняется обычно трехфазной (см. гл. 21); присоединяется к сети трехфазного тока и называется поэтому также первичной обмоткой. Обмотка ротора тоже может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в звезду, а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу (рис. 19-3). Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным кольцам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов магнитного поля, как и статор.

Конструкция синхронных машин Принцип работы синхронного генератора. Генерация трехфазного напряжения. Процесс, показанный на рисунке, является однофазным. Практические примеры электротехники. Резистор: пассивный электротехнический компонент, основной особенностью которого является способность препятствовать прохождению электрического тока. Это свойство называется электрическим сопротивлением. Схема классифицирована для уменьшения.

Генератор создает вращающиеся магнитные. Двигатель с кольцевым анкером Двигатель с асинхронным двигателем с кольцевым анкером. Принцип его работы такой же, как и для двигателя с коротким рукавом. Они могут работать над частями непреднамеренного электрического оборудования, близким к непокрытому под напряжением на расстоянии более 1 м с надзором, по частям.

Другая разновидность обмотки ротора -обмотка в виде беличьей клетки (рис, 19-4). При этом в каждом пазу находится медный или алюминиевый стержень и концы всех стержней

с обоих торцов ротора соединены с медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Стержни от сердечника обычно не изолируются. В машинах мощностью до 1QG к&п стержни и кольца вместе с крылышками для вентиляции обычно изготовляются путем заливки ротора алюминием

Электричество 1 Электрические части электростанций Электрическая часть электростанции Основной задачей электрической части электростанций является: Выход мощности от электростанции путем соединения генератора с электричеством. Значение и использование Асинхронные машины чаще всего используются в качестве двигателей. Они являются наиболее широко используемыми электродвигателями вообще и используются для различных приводов, поскольку они являются самыми легкими из всех электродвигателей.

Генераторы представляют собой электрические вращающиеся машины, которые работают на основе электромагнитной индукции. Лекция Стационарное магнитное поле и электромагнитная индукция Силабус Лекция тонкой катушки, очень длинный соленоид, тороидальное магнитное поле на токовой петле.


Рис 19-3 Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором 180 кет,

975 об/мин

1 - кабельная муфта, 2 - выводная коробка концов обмотки статора, 3 - кольце--вые шпонки крепления сердечника ротора, 4 - нажимные шайбы сердечника ротора, 5 - вал рртора, 6 и 30 - шариковый и роликовый подшипники, 7 - медные соедини* тельные хомутики стержней обмотки ротора, 8 -^ диффузоры для направления поступающего, через подшитшковые щиты охлаждающего воздуха, 9 - стержни обмотки^ ротора, "10 - бандажные кольца, // - обмотка статора, 12 - проволочные бандажи,! ротора, 13 - подъемные кольца, /* - дуговые шпонки, 15 - кольцевые изоляционный прокладки, 16 - радиальные вентиляционные каналы, 17 - сердечник ротора, IS ->j литой корпус „статора, 19 - сердечник ст»тора, 20 и 21 - нажимные мдьщы и кольцу сердечника статора, 22 - кольцо для соединения концов обмотки ротора в звезду, 23 - « междукатушечные и междугрупповые соединения обмотки статора, 34 - выводы кок* цов обмотки ротора к контактным кольцам,. 25 и 27 - коробка и колпак контактных колец, 26 - контактные кольца, 28 - подвижная втулка с контактами для замыкана^. выводов обмотки ротора накоротко, 29 - муфта для вывода кондов обмотки ротрра

Измерьте характеристики нагрузки трансформатора и графически запишите зависимость. Синхронные машины Развитие синхронных машин было связано с внедрением системы переменного тока. Вначале использовались синхронные генераторы, использующие трехфазный переменный ток.

Подразделение электрических машин 1 Принцип работы электричества машины 2 Основы строительства эл. машины 1 Трансформаторы 2 Асинхронные двигатели 3 Генераторы постоянного тока. Он используется для преобразования электрической энергии обратно в электрическую. Контактные переключатели для низкого и низкого напряжения. Основное распределение: в соответствии с переключающим напряжением и током. Согласно вспомогательной мощности управления сигналом переключения мощности.

к внешней цепи

(см. рис. J9-2). Такая асинхронная машина называется машиной е короткозамкнутым ротором. Большинство аснш хронных машин, в особенности машины малой и средней мощности, выпускается с короткозамкнутым gpTopOM.

Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машины. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора

Согласно методу управления. Основное соединение комбинаций контакторов Контактор Контактор - это устройство для переключения или отключения электрического соединения. Контакторы используются в цепях управления, например, в качестве управляющих контакторов для средней мощности.

Обе части снабжены обмотками. Ветряные турбины с горизонтальной осью вращения называются классическими тренажерными залами. Большинство этих типов электростанций используются в электроэнергетике. Они состоят из ротора с различным количеством лопастей, установленных на основном валу, установленном горизонтально в конструкции гондолы.

составляет 0,4-0,5 мм, а в машинах большой мощности - несколько миллиметров.

Асинхронные машины, как правило, охлаждаются воздухом. Системы вентиляции в принципе являются такими же, как и у машин постоянного тока (см. § 8-5).

Вращающееся магнитное поле. На рис. 19-5 представлены поперечные разрезы двухполюсного (2р - 2) асинхронного двигателя и показан характер магнитного поля статора для двух моментов времени.

Рабочее колесо приводится в действие электрическим генератором. Следовательно, необходимо использовать коробку передач, в которой увеличивается скорость вращения. Наиболее распространены трехпоршневые роторы, изготовленные из стекловолокна, армированного полиэфиром. Втулка ротора оснащена сервоприводом, который позволяет регулировать угол тангажа. Гондола должна быть способна вращаться на 360 градусов, чтобы ее всегда можно было отрегулировать на ветру. В результате в верхней части башни установлен двигатель, который можно поворачивать через зубчатую передачу.

На рис. 19-5 изображена простейшая обмотка статора, когда каждая фаза состоит из одного витка или двух проводников (1-я фаза - проводники А и X, 2.-я фаза - проводники В и Y, 3-я фаза - проводники С и Z) 1 . Проводники каждого витка (фазы) расположены -друг от друга на расстоянии полюсного деления

На малых электростанциях, где вес гондолы относительно невелик, его положение под ветром обеспечивает направленное управление, интегрированное в гондолу. Работа механизма установки лезвия и направления электростанции управляет микропроцессором на основе входных данных. Кроме того, гондола включает в себя: трансформатор, подшипники, системы смазки и тормоза, чтобы остановить ротор в аварийных ситуациях.

Рис. 4 Строительство ветропарка. Турбина рядом с генератором является самым важным элементом ветровой фермы. Через него получается механическая энергия из воздушного потока. Его конструктивные параметры определяют свойства всей электростанции, в частности мощность и скорость. Размер ротора зависит от размеров устройства. На основе решения этой проблемы выбираются дополнительные элементы всего устройства, такие как генератор, передача и высота мачты или несущей конструкции.

где D a - диаметр внутренней расточки статора, ар - число пар полюсов.

На рис. 19-5 полюсное деление составляет замкнутая обмотка ро-половину окружности. Шаг витка или обмот- тора в виде беличьей ки у поэтому является полным = т). Двои- клетки

ному полюсному делению 2т соответствует угол по окружности статора 360° эл. Начала фаз А, В, С сдвинуты относительно друг друга на 120° эл., что в данном случае составляет треть окружности.

Типы ветряных турбин с горизонтальным осевым вращением. ротор с пониженным ветром. Традиционный ротор в зависимости от его положения относительно ветра, до или после башни, можно разделить на: на ветру и на ветру. Общий принцип работы ветровой турбины с горизонтальной осью. Воздушный поток через ротор посредством соответствующей установки лопастей приводит к вращению ротора. Энергия вращающегося ротора может использоваться непосредственно для управления механическим оборудованием или путем соединения с генератором для выработки электроэнергии.

На рис. 19-5, а показаны направления токов в проводниках обмотки статора для момента времени, когда i a - I m и i b = i c =

- - *}т- Токи фаз на рис. 19-5 считаются положительными, когда

они в началах фаз (проводники А, В, С) направлены за плоскость чертежа. На рис. 19-5, б показаны направления токов для момента времени, когда фазы токов изменились на 30° и

Направленное управление позволяет поддерживать весь ротор в подходящем положении относительно ветра, увеличивая использование энергии ветра. Принцип работы тренажерного зала с ротором с горизонтальной осью. Количество энергии, производимой ветряной электростанцией, зависит от нескольких факторов, от скорости ветра и эффективности всей системы. На рисунке 8 показано формирование нагрузки на лопатку рабочего колеса. Правильно профилированные лезвия обеспечивают высокую эффективность ветрового двигателя.

Современные ветровые турбины используют технологии, известные из аэрокосмической промышленности. Форма и поперечное сечение ротора аналогичны форме и поперечному сечению самолета и подвержены тем же физическим явлениям. Воздух, текущий над верхней частью крыла, имеет больший путь для преодоления, поэтому он движется быстрее, так что давление меньше, чем нижняя часть крыла.

Из рис. 19-5 видно, что распределение токов по окружности статора составляет две зоны, каждая Величиной т, причем направ-

1 Согласно ГОСТ 183-66, начала фаз обмоток статора обозначаются С 1(С 2 , С 3 , их концы - соответственно С 4 , С 8 , C g , а начала фаз обмоток ротора - Pi, P 2 > ^з-В данной книге в методических целях начала трехфазных обмоток всюду обозначаются А, В, С или а, Ь, с, а концы - соответственно Л, Y, Z или х, у, г.

Аэродинамика крыла, слева - формирование нагрузки, справа - явление перетаскивания при слишком большом угле атаки. На рисунке выше показано поперечное сечение профиля крыла самолета. Его особая форма заставляет воздух скользить вдоль верхней поверхности двигаться быстрее, чем нижняя поверхность. Это означает, что давление на верхней поверхности будет ниже, чем у дна. Это создает несущую силу, которая действует на крыло, удерживающее самолет в воздухе. Он перпендикулярен направлению ветра. Та же сила, которая удерживает самолет в воздухе, заставляет ротор ветровой турбины вращаться на ветру.

ления токов в этих зонах противоположны. В нижней части рис. 19-5 изображены кривые распределения токов вдоль развернутого статора.

|Из этих кривых видно, что токи распределены на поверхности статора по синусоидальному закону.

Токи проводников обмотки статора двухполюсной машины создают, как следует из рис. 19-5, двухполюсный магнитный поток

Величина нагрузки зависит от поверхности крыла, плотности воздуха и его скорости и формы крыла. Коэффициент формы можно определить по формуле. Α 0 - категория рейда, для которой сила нагрузки равна 0. Растяжение - это явление вырывания воздуха из крыла, что приводит к потере несущей силы. Количество электроэнергии, вырабатываемой ветряной турбиной, зависит в первую очередь от скорости ветра, которая в формуле представляет собой силу в квадрате. Мощность ветряной электростанции в зависимости от скорости ветра представлена ​​так называемой «кривая мощности».


Рис. 19-5. Простейшая обмотка статора асинхронной машины с 2р = 2 и ее магнитное поле

Ф 1(проходящий через статор, ротор и воздушный зазор между ними. Из сравнения рис. 19-5, аи б видно, что при изменении фазы токов на 30° кривая распределения токов и магнитный поток поворачиваются в направлении следования фаз также на 30° эл.

Характерными точками для этой кривой являются. Отправной точкой является скорость ветра, начиная с которой винт начинает вращаться, и механический крутящий момент появляется на валу турбины. Он описывается в функции коэффициента мощности ветра и скорости. Отношение энергии ветра представляет собой отношение энергии, полученной от ротора, к энергии ветра, достигающей ротора. Для идеальных условий коэффициент мощности достигает 0.

На практике три поршневые турбины обычно не превышают 0, высокая скорость, отношение скорости вращения ротора к скорости ветра. Ω - угловая скорость ротора. Ниже приведены кривые для отдельных типов ветряных турбин. Как легко читать из графика, максимальная эффективность трехкарточной турбины получается для приближения скорости гравитации.

Ось витка (обмотки) фазы А на рис. 19-5 направлена горизонтально, и ось магнитного потока при i a = l m (рис. 19-5, а) также направлена горизонтально. Ясно, что если фаза токов по сравнению с рис. 19-5, а изменится на 120° и поэтому будет i b = I m , то магнитный поток будет направлен по оси фазы В, т. е. повернется на 120° эл. В момент времени, когда i c - I m , ось магнитного потока совпадает с осью фазы С и т. д.

Поскольку полное вращение равно 2π радианам, количество оборотов в минуту в конечном итоге будет достигнуто. Расчеты также показывают, что чем больше диаметр рабочего колеса, тем быстрее должна быть скорость вращения. Кривая эффективности ветровых турбин никогда не совпадает с кривой мощности. Парадоксально, что максимальная эффективность турбины достигается при низких скоростях ветра. На высоких скоростях эффективность резко уменьшается, что влияет на конечный выход турбины.

Ветроэлектростанции предназначены для производства электроэнергии как можно дешевле. Не стоит производить электростанции, которые достигнут максимальной мощности с сильными ветрами, потому что они крайне редки. Как это ни парадоксально, более высокие скорости ветра для обычных электростанций неблагоприятны. Затем необходимо уничтожить лишнюю энергию ветра, чтобы защитить ее от повреждений. Поэтому каждая ветряная турбина должна иметь некоторый тип управления мощностью.

Таким образом, обмотка статора двухполюсной машины при питании ее трехфазным током создает двухполюсное вращающееся магнитное поле.

При этом за один период изменения тока поле поворачивается на 2 т или 360° эл.

Скорость вращения поля

n i - h об/сек,

где fi - частота тока статора.

Магнитное поле вращается в направлении чередования фаз А, В, С обмотки статора. Для изменения направления вращения поля на обратное достаточно переменить местами на зажимах обмот- У ки статора концы двух проводников, идущих от питающей сети.

При 2р = 4 полюсное деление составляет четверть окружности и каждая фаза простейшей трехфазной обмотки статора (рис. 19-6) состоит из двух витков с шагом у = х, которые сдвинуты относительно друг друга на 2т и могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно. Отдельные фазы и их начала А, В, С при этом также сдвинуты относительно друг друга на 120° эл. или в данном случае на 1 / 6 окружности. Из рис. 19-6 видно, что такая обмотка создает кривую распределения тока и магнитное поле с 2р = 4. Это поле также является вращающимся и за один

период тока поворачивается тоже на 2т или в данном случае на половину окружности, вследствие чего скорость поля

п г = у, обIсек.

В общем случае можно изготовить обмотку с 2р = 6, 8, 10 и т. д. При этом будет получаться кривая распределения тока и магнитное поле с р парами полюсов. Магнитное поле вращается со скоростью

Рис. 19-6. Простейшая обмотка

статора асинхронной машины с

2р - 4 и ее магнитное поле


Линейная окружная скорость вращения поля вдоль окружности статора

При стандартной в СССР частоте промышленного тока / = 50 гц получаются скорости вращения поля, указанные в табл. 19-1.

Таблица 19-1

Скорость вращения магнитного поля обмоток с различными числами пар полюсов р при Л = 50 гц

р
Пх, Об/MUH

При конструировании обмоток переменного тока стремятся к тому (см. гл. 21), чтобы распределение индукции вращающегося поля в воздушном зазоре вдоль окружности было по возможности ближе к синусоидальному.

Ниже в данной главе будет предполагать, что это распределен ление является синусвидальным.

Принцип действия асинхронной машины. Магнитный поток Ф 1(создаваемый обмоткой статора (рис. 19-5 и 19-6), при своем вращении пересекает проводники обмотки ротора, индуктирует в них э. д. с. е п, и если обмотка ротора замкнута, то в ней возникают токи ц, частота которых f 2 при неподвижном роторе (я = 0) равна первичной частоте f t .

Если обмотка ротора является трехфазной, то в ней индуктируется трехфазных ток. Этот ток создает вращающийся поток ротора Ф 2 , число полюсов 2 р, направление и скорость вращения которого при п = 0

такие же, как и у потока статора. Поэтому потоки Ф г и Ф а вращаются синхронно и образуют общий вращающийся поток двигателя Ф. При короткозамкнутом роторе в его стержнях индуктируется многофазная система токов % со сдвигом в соседних Стержнях по фазе на угол

где Z 2 - число стержней ротора. Эти токи также создают вращающийся поток Ф 2 , число полюсов, направление и скорость вращения которого являются такими же, как и у потока фазного ротора. Поэтому и в данном случае в двигателе образуется общий магнитный поток Ф. Ввиду существования общего вращающегося магнитного поля можно рассматривать э. д. с, индуктируемые в обмотках этим полем.

В результате взаимодействия токов ротора с потоком возникают действующие на проводники ротора механические силы F и вращающий электромагнитный момент М.

В верхней части рис. 19-7 показаны вращающаяся со скоростью i>i синусоидальная волна общего магнитного поля В мащины и направления э. д. с. е 2 , индуктируемых этим полем в стержнях неподвижного короткозамкнутого ротора. В нижней части рис. 19-7 показаны направления токов стержней, ц и действующих на них сил F для двух случаев: когда угол сдвига фаз"фа между е, и г 2 равен нулю и когда ■ф 2 = 90 , При % = 0 все силы действуют в сторону вращения- поля. Поэтому вращающий момент

Рис 19-7. Токи в стержнях обмотки ротора и действующие на них силы

отличен от нуля и также действует в сторону вращения поля. В то же время при т|э а = 90° силы действуют в разные стороны

и М = 0.

Отсюда следует, что вращающий момент создается только активной составляющей тока ротора

Этот вывод имеет общий характер и справедлив также для других видов машин переменного тока.

Цепь ротора асинхронного двигателя всегда обладает определенным активным сопротивлением, и поэтому при пуске двигателя {п = 0) всегда 0 < t|) 2 < 90°. В результате развиваемый момент М > Q, и если он больше статического тормозного момента на валу, то ротор двигателя придет во вращение в направлении вращения поля с некоторой скоростью п <; п ъ т. е. будет вращаться с некоторым отставанием, или скольжением, относительно поля статора,

Относительная разность скоростей вращения поля и ротора

называется скольжением. Скольжение выражается также в процентах:

Скорость ротора п, выраженная через скольжение s, согласно формуле (19-6), равна

При пуске двигателя (п = 0) имеем s = 1, а при вращении ротора синхронного с полем статора или, как говорят, с синхронной скоростью (п = п г) будет s = О. При п = п х магнитное поле статора относительно ротора неподвижно и токи в роторе индуктироваться не будут, поэтому М = 0 и такой скорости вращения двигатель достичь не может. Вследствие этого в режиме двигателя всегда 0 < /г <п х и l>s>0.

При вращении ротора в сторону поля частота пересечения полем проводников ротора пропорциональна разности скоростей tii - п и частота тока в обмотке ротора

Подставив сюда значение п из формулы (19-7) и затем значение п х из (19-2), получим

т. е. вторичная частота пропорциональна скольжению.

При частоте тока / 2 < f t скорость вращения поля ротора относительно самого ротора п 2р также меньше п г и на основании выражения (19-9)

Скорость вращения поля ротора относительно статора в соответствии с выражениями (19-7) и (19-10)

т. е. скорость вращения поля ротора относительно статора при любой скорости вращения ротора п равна скорости вращения поля статора п х. Поэтому поля статора и ротора при вращающемся роторе также вращаются всегда синхронно и образуют общее вращающееся поле.

Отметим, что представленная на рис. 19-7 картина направлений токов и механических сил действительна и при вращении ротора, когда 0 < п < п х (двигательный режим).

Если ротор асинхронной машины с помощью внешней силы (вращающего момента) привести во вращение в направлении вращения поля статора со скоростью выше синхронной (п > п г), то ротор будет обгонять поле и направления индуктируемых в обмотке ротора токов по сравнению с изображенными на рис. 19-7 изменяется на обратные. При этом изменяется на обратные также направления электромагнитных сил F и электромагнитного момента М. Момент М при этом будет тормозящим, а машина будет работать в режиме генератора и отдавать активную мощность в сеть. Согласно выражению (19-6), в режиме генератора s < 0.

Если ротор вращать в направлении, обратном направлению вращения поля статора (п < 0), то указанные на рис. 19-7 направления е 2 , / 2 и F сохраняется. Электромагнитный момент М будет действовать в направлении вращения поля статора, но будет тормозить вращение ротора. Этот режим работы асинхронной машины называется режимом противовключения или р е-жимом электромагнитного тормоза. В этом режиме в соответствии с выражением (19-6) s> 1.

Более подробно режимы работы асинхронной машины рассматриваются в последующем разделе. Здесь, однако, надо отметить, что соотношение (19-11), как нетрудно усмотреть, сохраняется при любом режиме работы, при любом значении s, т. е. поля статора и ротора вращаются синхронно в любом режиме работы асинхронной машины.

Асинхронная машина – это бесколлекторная машина переменного тока, у которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор враща­ется асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля.

Асинхронные двигатели являются самыми распространенными из всех двигателей. Их преимущества состоят в простоте устройства, большой надеж­ности и сравнительно низкой стоимости.

Широко применяются трехфазные асинхронные двигатели, предложенные М.О. Доливо-Добровольским в 1888 г. Они выполняются мощностью от долей ватта до тысяч киловатт, с частотой вращения от 500 до 3000 об/мин и напряже­нием до 10 кВ. Однофазные асинхронные двигатели используют для привода бы­товых приборов, электроинструмента, в схемах автоматики. Они питаются от од­нофазной цепи и имеют мощность, как правило, не выше 0,5 кВт.

Асинхронные машины могут работать в режиме генератора. Но как источ­ники электрической энергии они почти не применяются, так как не имеют соб­ственного источника возбуждения магнитного потока и по своим показателям уступают синхронным генераторам.

Асинхронные машины применяют в качестве регуляторов напряжения, фазорегуляторов, преобразователей частоты и др.

Недостатками асинхронных машин являются сложность и неэкономичность регулирования их эксплуатационных характеристик.

Асинхронный двигатель состоит из статора, ротора и подшипниковых щи­тов. Статор – неподвижная часть двигателя – имеет цилиндриче­скую форму. Он состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус литой стальной или чугунный. Магнитопровод статора собирается из тонких листов электротехнической стали. На внутренней поверхности он имеет пазы, в кото­рые укладывается обмотка статора. Ротор асинхронного двигателя – вращаю­щаяся часть – состоит из стального вала, магнитопровода, набранного из листов электротехнической стали с выштампованными пазами. Обмотка ротора бывает короткозамкнутой или фазной. Короткозамкнутая обмотка выполняется из алюминиевых или медных стержней, замкнутых с обоих торцов ротора нако­ротко. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, соединенную в звезду. Вы­воды обмотки подсоединены к кольцам на валу и с помощью щеток подсоеди­няются к реостату или другому устройству. Вращающийся ротор размещают на общем валу cо статором. Вал вращается в подшипниковых щитах. Соединение обмотки статора осуществляется в коробке, в которую выведены начала фаз С 1 , С 2 , С 3 и концы фаз С 4 , С 5 , С 6 . На рис. показаны схемы расположения этих выводов (а) и способы соединения их между собой при соединении фазных обмоток звездой (б) и треугольником (в).

Если в паспорте двигателя указаны два напряжения, напри­мер, 380/220, то большему напря­жению соответствует соединение звездой, более меньшему – тре­угольником. В обоих случаях на­пряжение на фазе двигателя равно 220 В.

Трехфазная обмотка статора создает магнитное поле, вращающееся со ско­ростью

.

Электромагнитное взаимодействие между статором и ротором возникает только при неравенстве скорости поля статора и скорости вращения ротора.

Вращающее магнитное поле статора асинхронной машины. Частота вращения поля статора, скольжение(Характеристики).

Основой действия асинхронного двигателя является вращающееся магнит­ное поле. Принцип получения вращающегося магнитного поля заключа­ется в том, что если по системе проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве созда­ется вращающееся поле.

Р

ассмотрим получение вращающегося поля в трехфазном двигателе. На рис. 1 показаны три фазные обмоткиA X , B Y , C Z , каждая в виде од­ного витка. От источника питания к обмоткам подводится трехфазная система токов

;

;

.

Если фазы обмотки статора подключить к 3-фазному току сети, возникают токи, которые создают магнитное полу с индукцией:

;

;. Составляющая индукции поля вдоль осиX равна алгебраической сумме проекций на эту ось мгновенных значений индукций отдельных фаз, т.е.


. Аналогично находим проекцию на ось Y.

. В результате магнитная индукция поля статора равна:

Индукция магнитного поля является const, а само поле статора имеет проекции на оси X и Y соответственно:

В-ор индукции рез-го поля расположен к оси ординат под углом


,

, гдеT-период изменения тока,-циклическая частота

Таким образом, трехфазная обмотка, питаемая сдвинутыми на 120° токами, создает вращающееся магнитное поле. Результирующий поток остается неизмен­ным и равным 1,5 от максимального потока фазы. Направление этого потока все­гда совпадает с направлением магнитного потока той фазы, ток в которой в данный момент максимален. Поэтому для изменения направления вращения необходимо поменять местами любые две фазы.

Рассмотренные примеры относятся к двухполюсному исполнению об­мотки () при частоте вращения поля. В общем случае частота вращения поля, где– число пар полюсов машины;– частота тока статора.

Величина илиназываетсяскольжением асинхронной машины, где - частота вращения поля статора,- частота вращения ротора.

В зависимости от соотношения иразли­чают три режима работы: в режиме двигателя; в ре­жиме генератора; в режиме электромагнитного тор­моза.

Работа в режиме двигателя. Электромагнитные силы взаимодействия магнитных полей статора и ротора создают вращающий момент в направлении вращения поля статора. Скорость , с которой вращается двигатель, зависит от его нагрузки. При холостом ходе скоростьстановится почти равной, так как при= 0 ЭДС и токи в роторе равны нулю и электромагнитное взаимодействие исчезает. Таким образом, асинхронная машина работает в режиме двигателя в преде­лах от= 0 до, т.е. при скольжении от+1 до0. При этом электрическая энергия, подводимая к статору из сети, преобразовывается в ме­ханическую энергию на валу.

Работа в режиме генератора. Предположим, что подключенный к сети статор создает вращающееся магнитное поле, а ротор приводится во вращение в том же направлении со скоростью . В этом случае скольжение будет отрицательным, а ЭДС и токи ротора изменяют направление по сравнению с ра­ботой в режиме двигателя. Момент на валу становится тормозящим по отноше­нию к вращающему моменту первичного двигателя. Асинхронная машина ра­ботает генератором. Механическая энергия, подведенная к валу, преобразовы­вается в электрическую энергию и отдается в сеть. Таким образом, асинхронная машина может работать в режиме генера­тора параллельно с сетью в пределах отдо, т.е. при скольжении от

до.

Работа в режиме электромагнитного тормоза. Допустим, что ротор при­водится во вращение против направления вращения магнитного потока статора. В этом случае к асинхронной машине подводится энергия с двух сторон – элек­трическая из сети и механическая от первичного двигателя. Такой режим ра­боты называется режимом электромагнитного тормоза. Он возникает при скольжении от до.



- максимальный момент


- пусковой момент


- номинальный момент

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу . Так как при на­грузке момент холостого хода мал, тои механическая характеристика представляется зави­симостью. Если учесть взаимосвязь, то механическую характеристику можно получить представив ее гра­фическую зависимость в координатахи



top