Dilmet-pro.ru

Стройка и Ремонт
19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронные машины устройство и принцип действия

Асинхронные двигатели. Принцип действия и режимы работы

Асинхронно – слово греческого происхождения (ασύγχρονα, где: α- отрицание, σύγ — вместе, χρονα – время), используется в русском языке для обозначения (наименования) процессов не совпадающих во времени.

Асинхронной, в электротехнике, принято называть машину, в процессе работы которой частота вращения ротора не равна частоте изменения магнитного поля создаваемого обмотками статора, вызывающего это вращение.

К асинхронным электрическим машинам относятся: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, асинхронные двигатели с фазным ротором, асинхронные микродвигатели общего применения, асинхронные тахогенераторы и другие, работающие по тому же принципу. Асинхронные электрические машины очень широко распространены благодаря таким качествам как: высокая надёжность, относительно низкая стоимость, приемлемые габариты и вес, просты в обслуживании. С появлением современных частотных преобразователей значительно расширился спектр применения асинхронных электродвигателей, благодаря возможности довольно просто и оптимально реализовывать такие функции как управление по скорости и моменту, вплоть до решения задач позиционирования. Не удивительно, что асинхронные двигатели применяются повсюду, особенно это касается асинхронных электродвигателей, объём выпуска которых занимает около 90% общего объёма мирового выпуска электрических машин.

Принцип действия и режимы работы

Рассмотрим принцип работы асинхронного электродвигателя с помощью электромагнитной схемы (рис.1,а), которая отличается от электромагнитной схемы трансформатора тем, что неподвижный статор 1 представляет собой первичную обмотку, а вращающийся ротор 3 – вторичную. Магнитная связь между ротором и статором зависит от величины воздушного зазора между ними, поэтому, при изготовлении машины, в большинстве случаев, его стараются делать как можно меньше. На статоре расположена обмотка 2, катушки которой размещаются равномерно по его окружности. Обмотку статора (фазы A-X , B-Y, C-Z ) выполняют трёхфазной, или в общем случае многофазной, и соединяют её фазы в Y (звезду) или в (треугольник), что оказывает существенное влияние на такие характеристики как: мощность, плавность хода, величины пусковых токов и других параметров. Обмотку ротора а-x, b-y, c-z также выполняют трёхфазной или многофазной и тоже равномерно размещают по его окружности. В простейшем случаях включения, фазы ротора а-x, b-y, c-z, замыкают накоротко (см. рис. 1,б).

Рис.1. Электромагнитная схема асинхронного двигателя (а – направление электромагнитного момента при работе в режиме двигателя, б – подключение к сети трёхфазного тока) , где: 1- неподвижный статор; 2- обмотка статора; 3- вращающийся ротор; 4- обмотка ротора.

Когда обмотки статора асинхронной электрической машины подключены к сети трехфазного тока, в нём создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (n1) синхронна с частотой сети, питающей эти обмотки, и вычисляется по формуле:

где: n1 – частота вращения магнитного поля статора; f1 – частота сети; p – число пар полюсов обмоток статора.

Вращающееся магнитное поле индуктирует в проводниках ротора электрической машины ЭДС, что вызывает прохождение по ним тока, взаимодействие которого с магнитным потоком создаёт электромагнитный момент. Направление ЭДС, индуктированной в проводниках обмоток ротора, показано на рисунке 1, а согласно правилу правой руки, для случая, когда вращении магнитного потока (Ф) происходит по часовой стрелке. Крестики и точки на рисунке показывают направление активной составляющей тока ротора, совпадающего по фазе с индуктированной ЭДС.

Известно, что если проводники с током расположить в магнитном поле, то на них будут действовать электромагнитые силы, направление которых можно определить при помощи правила левой руки. Приложенное к каждому проводнику ротора суммарное усилие (Fрез), создаёт электромагнитный момент (М), который “увлекает” ротор за вращающимся магнитным полем, создаваемым обмотками статора.

Ротор вращается, если величина момента (М) достаточна для преодоления внутренних сил трения (подшипники, сопротивление воздуха и так далее), а также тормозного момента, приложенного к валу от приводимого во вращение механизма, если таковой имеется. Установившаяся частота вращения ротора (n2) зависит от соотношения вышеперечисленных сил и создаваемых ими моментов. Очевидно, что при этом будет выполняться соотношение:

0 ≤ n2 0 (или 100%≥ S >0%).

Но асинхронная электрическая машина может работать и в других режимах. Если её ротор разогнать до частоты превышающей частоту магнитного поля статора (то есть n2>n1) при помощи внешнего момента другого механизма (например механически соединить с двигателем, вал которого вращается быстрее), то изменятся направление ЭДС и активной составляющей тока в проводниках обмотки ротора, что вызовет переход машины в генераторный режим работы (рис.2,а). Электромагнитный момент (М), при этом, становится тормозящим изменив своё направление, а электрическая машина, получая механическую энергию от внешнего источника, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть, питающую обмотки статора. В генераторном режиме выполняются соотношения: n2>n1, S 0) изменить направление вращения магнитного поля статора (например, изменив схему подключения обмоток статора к питающей сети с помощью магнитных пускателей), так чтобы магнитное поле статора стало вращаться противоположно направлению вращения ротора, то машина перейдёт в режим электромагнитного торможения (рис.2,б). При этом, ЭДС и активная составляющая тока в проводниках обмотки ротора будут сохранять (до определённого момента) то же направление, что и в прежнем двигательном режиме. Машина будет продолжать получать энергию от питающей сети, но эта энергия будет направлена на торможение вращения ротора. Электромагнитный момент (М), в данном режиме, как результат взаимодействия электромагнитных сил, направлен против вращения ротора и является тормозящим.

Рис.2. Направление электромагнитного момента в асинхронной машине (а – при работе в генераторном режиме; б – при работе в режиме электромагнитного торможения).

На практике, асинхронные двигатели чаще всего работают в двигательном режиме, что, в свою очередь, довольно часто не исключает применений режима электромагнитного торможения электродвигателей.

Итого, кратко повторим, асинхронный электродвигатель работает только при наличии скольжения, то есть неравенстве частот n1 и n2. Только в этом случае в обмотках ротора сможет индуктироваться ЭДС, и как следствие, возникать электромагнитный момент. Поскольку ротор вращается не синхронно с полем статора, машину называют асинхронной.

Принцип действия асинхронного двигателя

Понять принцип действия асинхронного двигателя не сложно, если не пользоваться учебниками для вузов и школ. Зачастую академическая литература лишь препятствует пытливому уму разобраться в работе электромоторов и часто навсегда отбивает охоту заниматься изысканиями, связанными с электротехникой и электромеханикой. В последнее время у многих людей, не связанных напрямую с наладкой и проектированием машин, появился интерес к сборке самодельных станков, механизмов, летательных аппаратов и самодвижущихся машин. Поэтому в этой статье мы попытались доступно объяснить принцип действия асинхронного электродвигателя без сложных понятий и формул.

Работа любого асинхронного двигателя построена на принципе вращающегося магнитного поля. Как его можно создать? Например, можно взять постоянный магнит и начать вращать его вокруг своей оси – получится вращающееся магнитное поле. А если крутить магнит возле медного диска, то он станет вращаться вслед за магнитом, пытаясь его догнать. Со стороны наблюдателя кажется, что между магнитом и диском есть невидимая вязкая связь. Их движение не синхронно, диск крутится с некоторым отставанием.

Объяснить это явление можно тем, что магнит при вращении возбуждает в структуре диска индукционные токи или токи Фуко. Они всегда движутся по замкнутому кругу — нигде не начинаясь и нигде не заканчиваясь, и являются, по сути, токами короткого замыкания, которые разогревают металл и от которых обычно пытаются избавиться. Но в нашем случае они полезны, т.к. порождают во вращаемом диске магнитное поле, которое дальше взаимодействует с полем постоянного магнита.

В асинхронных электродвигателях всё происходит по тому же принципу, только чтобы получить вращающееся поле, используют не постоянный магнит, а обмотки статора, в которых создаётся поле вращения. Условия для вращения можно создать только в многофазных системах, где ток сдвинут по фазе на определённый градус. В быту используются двухфазные электродвигатели, где вторая фаза создаётся искусственно с помощью сдвигающего конденсатора, катушки или сопротивления. В промышленности применяют трёхфазные системы.

Первый трёхфазный асинхронный двигатель был сделан русским учёным Доливо-Добровольским. Схема его работы показана на рисунке. Статор состоял из трёх обмоток (полюсов), отдалённых друг от друга на 120°. Вверху показан график синусоидального тока всех трёх полюсов, наложенных на один рисунок. В момент, когда ток одной из фаз равен нулю (отмечено пунктиром), две другие имеют значения близкие к максимальным и отличаются по направлению тока. Так между двумя работающими обмотками создаются магнитное поле. В следующий момент ситуация меняется – один из работающих полюсов отключается, оставшийся в работе меняет полярность (т.к. в обмотке меняется направление тока), а полюс только что включившийся в работу, поддерживает сместившееся магнитное поле. Магнитные линии пересекают часть металлического ротора и в нём генерируются вихревые токи. Они взаимодействуют с вращающимся полем статора и увлекаются за ним, пытаясь его догнать, и ротор проворачивается.

Читать еще:  Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками

Основной принцип работы асинхронного двигателя, созданного в позапрошлом веке, остаётся актуальным и для современных электродвигателей. Только вместо дисковых и цилиндровых роторов стали использовать короткозамкнутые роторы по типу «беличья клетка» и фазные роторы. Также изменилась форма обмоток статора – вместо катушек с полюсными наконечниками теперь делают радиальные обмотки, уложенные в пазы.

Асинхронные двигатели хороши тем, что они не имеют скользящих контактов (ток в роторе индуцируется бесконтактно), а направление вращения легко поменять, изменив направление тока в одной из обмоток (поменяв фазы на клеммах мотора). Выше была рассмотрена работа статора с одной парой рабочих полюсов (двухполюсного с тремя обмотками). Количество оборотов в минуту такого электромотора равно частоте тока, т.е. 50 об/сек или 3000 об/мин. Изготавливают также 4-х и 6-ти полюсные электродвигатели с шестью и девятью обмотками соответственно. Частота вращения таких моторов составляет 1500 и 1000 об/мин.

Подведём итоги. Принцип действия асинхронного двигателя основывается на создании в обмотках статора вращающегося магнитного поля, которое пересекает контур ротора и индуцирует в нём электродвижущую силу. Поскольку он замкнут на коротко, то в нём возникает переменный ток. Магнитное поле этого тока вместе с вращающимся магнитным полем статора создают крутящий момент. Ротор начинает крутиться и пытается сравнять свою скорость со скоростью убегающего поля статора. Но как только частота вращения ротора совпадёт с частотой вращения магнитного поля статора, в роторе затухнут все электромагнитные процессы и крутящий момент станет равным нулю. Ротор начинает отставать и магнитное поле статора снова начинает возбуждать контур ротора. Этот процесс будет повторяться всё снова и снова. Таким образом, частота вращения ротора стремится догнать частоту вращения магнитного поля статора, но всё время отстаёт, т.е. вращается не синхронно, а значит асинхронно.

В станкостроении асинхронные двигатели не заменимы. Ни какой другой тип электромоторов не имеет такой высокой износоустойчивости и универсальности. Поэтому такое оборудование как станок для сетки рабицы, правильно-отрезной и просечно-вытяжной станки, выпускаемые на нашем предприятии, оснащены именно асинхронными электроприводами. На видео хорошо объясняется принцип работы асинхронного электродвигателя, его устройство и отличительные особенности

—>ЭлектрО —>

Основными элементами являются — неподвижный статор и вращающий­ся ротор. В зависимости от конструкции ротора различают: асинхрон­ные машины с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.

Статор. Магнитопровод статора, по которому проходит перемен­ный магнитный поток, выполняют шихтованным из листов электротех­нической стали (рис. 1 а), изолированных с обеих сторон лаком. В листах выштампованы пазы для обмотки статора (рис. 1 б, в). Пазы бывают сложной формы, поэтому вместо хрупкой высоколегированной стали применяют среднелегированную.

Чтобы магнитопровод не рассыпался, его запрессовывает в литую станину, по которой магнитный поток не проходит поэтому её можно выполнить из материала с малой магнитной проницаемостью, но хорошо приспособленного к литейной технологии (чугуна, алюминия). Затем пазы статора изолируют электрокартоном или лакотканью и в них укладывается трёхфазная обмотка, концы которой выводятся наружу (рис. 2):

Короткозамкнутый ротор. Сердечник ротора также набирается из листов среднелегированной электротехнической стали. В сердеч­нике имеются пазы и вентиляционные каналы. В пазы заливается алюминий или его сплавы, образуя стержни обмотки. Снаружи вмес­те со стержнями отливаются короткозамыкающие кольца (рис. 3 б ), таким образом обмотка ротора, приобретает форму «беличьей клетки». Кроме своего основного назначения, короткозамкнутая обмотка слу­жит также для стягивания пластин ротора, это позволяет обойтись без специальных прессующих деталей, удерживающих листы ротора. В готовый сердечник вставляется вал, укрепляемый с помощью шпон­ки, после чего короткозамкнутый ротор выглядит примерно так, как это показано на рис. 3 г :

Фазный ротор. Шихтованный ротор с валом показан на рис. 4 а. Обмотку, выполненную из проводников, укладывают в предварительно изолированные пазы. Обмотка фазного ротора, делается трёхфазной, соединённой по схеме У , а три свободных конца присоединены к контактным кольцам. Кольца расположены на одном из концов вала, сделаны из стали, отделены друг от друга и от вала с помощью изоляционных прокладок (рис. 4 в):

К кольцам плотно прижимаются щётки – прямоугольные бруски, изго­товленные из смеси угля, графита и порошка металла. С помощью щё­ток, скользящих по контактным кольцам, в цепь обмотки ротора включается пускорегулирующая аппаратура.

Двигатель . В данном случае при подключений статорной обмотки к сети трехфазного тока также возникает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого: n =60 f / p .

Магнитные силовые линии, пересекая обмотку ротора, индуктируют в ней ЭДС Е= В lv , направление которой определяется правилом правой руки (рис 5, б). По обмотке потечёт ток; взаимодействие проводни­ков, обтекаемых током с магнитным полем статора, выражается силой F = Bli . Суммарное усиление, приложенное ко всем проводникам, создаёт электромагнитный момент Мэм, увлекающий ротор за вра­щающимся магнитным полем; это проверяется по правилу левой ру­ки (рис. 5, б).

Таким образом в этом случае логический граф имеет вид:

Заметим, что ротор не может догнать поле статора, т.к. в этом случае в роторе. перестала бы наводиться ЭДС и исчезнет Мэм, поэтому n рот n . Разность частот вращения ротора и магнитного поля характеризуется скольжением: S =( n — n рот )/ n . Для двигателя скольжение лежит в пределах: 0 S ≤1.

Генератор . Широкого распространения асинхронный генератор не получил, поэтому принцип действия рассмотрен схематично.

Если вращать ротор со скоростью, превышающей скорость враще­ния поля при помощи вспомогательного двигателя (т.е. подводя механическую энергию), то асинхронная машина перейдёт в генера­торный режим. При этом изменит свои знак электромагнитный момент Мэм, он станет тормозящим. Машина, получая механическую энергию превратит её в электрическую, которую будет отдавать в сеть. В этом случае -∞ S

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины во всех режимах, является наличие скольжения, т.е. неравенства частот вращения магнитного поля и ротора. Только тогда в проводниках обмотки ротора индуктируется ЭДС и возникает электромагнитный момент. По этой причине машину называют асинхронной (её ротор вращается не синхронно с полем).

Асинхронные двигатели благодаря своей простоте, надёжности конструкции и низкой стоимости, нашли такое распространение в технике, что легче показать, где они не используются. Во-первых там, где требуется широкое и плавное регулирование скорости. Во-вторых, где момент не должен зависеть от напряжения. В-третьих там, где нагрузка не должна влиять на скорость. К недостаткам, также следует отнести и низкий cos φ. По конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с фазным ротором (у них отсутствуют щётки и кольца), но последние, обладая повышенным пусковым моментом позволяют осуществить пуск под нагрузкой (гру­зоподъёмные машины, тяговый привод и пр.).

Электродвигатели асинхронные

Продажа электродвигателей (электромоторов): асинхронный электродвигатель, однофазные, трехфазные электродвигатели, общепромышленные, электродвигатель специального назначения, многоскоростные электромоторы, со встроенным электромагнитным тормозом, с принудительным охлаждением:

Продажа электродвигателей (электромоторов): асинхронный электродвигатель, однофазные, трехфазные электродвигатели, общепромышленные, электродвигатель специального назначения, многоскоростные электромоторы, со встроенным электромагнитным тормозом, с принудительным охлаждением:

Электродвигатели асинхронные — электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным двигателям причисляют также коллекторные двигатели. Второе название асинхронных двигателей — индукционные, это обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле. Частота вращения ротора всегда немного меньше частоты вращения магнитного поля, т.к. при равенстве скоростей поле перестанет наводить в роторе ток, и на ротор перестанет действовать сила Ампера. Отсюда и название — асинхронный двигатель (в отличие от синхронного, частота вращения которого совпадает с частотой магнитного поля). Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности

Читать еще:  Инжекторные насосы для воды: конструкция и особенности применения

Электродвигателем называется электромеханический преобразователь, преобразующий электрическую энергию в механическую. В ходе этого процесса выделяется тепло, которое считается побочным эффектом.

Устройство электродвигателя

Основу принципа работы электродвигателя составляет электромагнитная индукция. Устройство электродвигателя таково:

  1. Неподвижная часть (статор).
  2. Индуктор (магниты).
  3. Подвижная часть (ротор).

Виды электродвигателей

По принципу работы (точнее по возникновению вращающего момента) электродвигатель может быть:

  • Магнитоэлектрические (постоянного и переменного тока)
  • Универсальные двигатели

Двигатели постоянного тока в свою очередь делятся на коллекторные и бесколлекторные двигатели.

Двигатели переменного тока – на: асинхронные (одно, двух, трех и многофазные электродвигатели) и синхронные.

Наибольшее распространение в бытовом и промышленном применении получил трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, характеризующийся компактными размерами, а также большим сроком службы и надежностью.

Применение электродвигателей

Электродвигатель применяется там, где необходимо преобразовать электрическую энергию в механическую. Самыми яркими примерами можно назвать электронасосы, станки, косилки, вентиляторы, а также многие другие приборы и установки бытового и промышленного назначения. Широта применения, а также разнообразие предлагаемых на рынке видов этого оборудования позволяет купить электродвигатель в Киеве любой мощности и любого назначения. Различия между двигателями состоят не только в устройстве и принципе действия, но и в мощности. В зависимости от мощности двигателя определяется сфера его применения. Самые мощные и крупные по размерам двигатели используются в различных отраслях промышленности и машиностроении.

Преимущества электродвигателей в сравнении с двигателями внутреннего сгорания:

  • Меньшие габаритные размеры;
  • Большие показатели КПД;
  • Долгий срок эксплуатации;
  • Высокая надежность;
  • Меньшая вибрация при работе и меньший шум;
  • Более простая эксплуатация;
  • Отсутствие необходимости использования топлива и как следствие, необходимости выброса продуктов его сгорания;
  • Легкое присоединение к любым механизмам и машинам.

Купить электродвигатель в Украине

Наша компания «Сити-груп» сотрудничает с ведущими европейскими производителями электрооборудования и комплектующих для манипуляционных систем и технологических линий промышленного назначения. Обратившись к нам, вы сможете купить электродвигатель в Киеве, а также другие нужные вам комплектующие, не заказывая их издалека. Связавшись с нашими специалистами, вы можете уточнить наличие интересующего вас двигателя, а также его характеристики и другие интересующие вас сведения.

Презентация на тему Устройство и принцип действия асинхронной машины. (Лекция 2)

Презентация на тему Устройство и принцип действия асинхронной машины. (Лекция 2), предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 25 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

  • Главная
  • Физика
  • Устройство и принцип действия асинхронной машины. (Лекция 2)

Слайды и текст этой презентации

Элементы конструкции
Устройство и принцип действия
Понятие «скольжение»
Уравнение моментов
Приведение параметров ротора к параметрам статора
Уравнения, схема замещения
Векторная диаграмма
Энергетическая диаграмма

Устройство и принцип действия асинхронной машины

Асинхронной машиной называют двухобмоточную электрическую машину переменного тока, у которой только одна (первичная) получает питание от сети с частотой f1, а вторую обмотку (вторичную) замыкают накоротко или на сопротивления. Токи во вторичной обмотке появляются в результате индукции. Их частота f2 является функцией частоты вращения ротора.
Первичную обмотку располагают в пазах сердечника статора – на неподвижной части, вторичную – в пазах ротора – на подвижной части.
В зависимости от вида обмотки ротора различают машину с короткозамкнутым ротором и машину с фазным ротором ( с контактными кольцами).

Общий вид двигателя с фазным ротором( с контактными кольцами)

Конструкция АД С короткозамкнутым ротором

Конструкция к.з. и фазного роторов

Элементы конструкции: сердечник статора (верхний рисунок справа) и шихтованный лист (верхний рисунок слева), а) беличья клетка, б) сердечник ротора с вентиляционными лопатками 4, в)сердечник ротора со стержнями и к.з. кольцами 2.

Конструкция пазов ротора и статора

Пазы ротора: а)всыпная однослойная укладка обмотки, б) двухслойная
укладка обмотки

Пазы статора с двухслойной обмоткой :
а) открытый паз,
б) полузакрытый паз

Принцип действия асинхронной машины

Статорную обмотку подключают к сети переменного тока. По ней под действием переменного напряжения протекает переменный трёхфазный ток , который создаёт МДС и вращающееся магнитное поле (ВМП).

ВМП сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС.

При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает величину тока в обмотке статора.

А в обмотке ротора, цепь которой всегда замкнута, ЭДС ротора наводит в стержнях ротора токи.
В проводниках наводится ЭДС eпр= Blvотн

Токи ротора, взаимодействуя с ВМП статора, вызовут появление электромагнитной силы, действующей на проводники, и электромагнитного момента как произведения этой силы на плечо (радиус сердечника ротора) и на количество проводников.

Поле статора вращается всегда со скоростью
n1= 60f1/p об/мин независимо от нагрузки.

Ротор под действием электромагнитного момента вращается со скоростью n2

Вращающееся магнитное
поле пересекает
проводники обмотки
ротора и по закону электромагнитной
индукции наводит
в них ЭДС Е2.
Направление ЭДС Е2
определяют по правилу
правой руки. Так как
Обмотка ротора короткозамкнутая, в ней возникает ток I2 (рис. А), направление которого определяют по правилу
левой руки.

Рис. А. К принципу действия асинхронного двигателя

Уравнение равновесия моментов на валу ротора
В магнитном поле, создаваемом полюсами ВМП, появляются проводники ротора с током I2. На них по закону Ампера будет действовать сила, направление которой определяют правилом левой руки. За счет пары сил F2
(рис. А) возникает вращающий момент М2П, уравнение:
М2П – М2С = J·ε, (А),
где М2П – вращающий момент на валу двигателя при n2 = 0.
М2С – момент сопротивления, обусловленный наличием рабочего механизма;
J·ε — динамический момент
J – момент инерции вращающихся масс
ε – угловое ускорение

Если М2П > М2С, то ротор придет во вращение, согласно основному закону динамики вращающегося движения:

Основной закон динамики вращательного движения:

Произведение момента инерции на угловое ускорение равно результирующему моменту сил, действующих на материальную точку.

Так как для реального объекта момент инерции вращающихся масс J = const, то из выражения (А) следует, что ε > 0.

Вывод. Ротор приходит во вращение в направлении, которое совпадает с направлением вращающегося магнитного поля.

Допустим, что n1 = n2 , т. е. скорость ВМП равна скорости ротора, тогда ВМП не пересекает проводники обмотки ротора. Значит Е2 = 0, I2 = 0, F2 = 0, M2 = 0,
т.е. ротор не вращается.
Вывод. Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо выполнение условия n1 ≠ n2 . Данное неравенство характеризуется специальной величиной, которую обозначают S и называют скольжением.

Режимы работы и области применения асинхронных машин

0 ≤ s ≤ 1 – двигательный режим,
-∞ S ≥ 1 — режим электромагнитного тормоза.

Приведение параметров роторной цепи к параметрам
статорной цепи. Уравнения асинхронной машины.

2.Приём приведения: принимают, что

Находят действующие значения ЭДС и коэффициент приведения (трансформации) ЭДС КЕ:

Здесь — kЕ коэффициент приведения (трансформации) ЭДС

1.Цель приведения – упрощение анализа процессов

3.Условие приведения – соблюдение закона сохранения
энергии.
Первое уравнение (основное) для асинхронных машин
(уравнение равновесия напряжений на обмотке статора):

— падение напряжения на активном сопротивлении r1 и на путях рассеяния потока jx1

Из условия равенства мощностей реального и приведённого ротора найдём коэф. приведения для тока ротора kI:

Приведение сопротивления цепи ротора к сопротивлению
цепи статора. Из равенства электрических потерь до и после
приведения:

получим приведённое активное сопротивление ротора

I′2=m2·E2·I2 / m1·E′2=m2·w2·kобм2·I2 / m1·w1·kобм1=I2/kI

I′2 = I2/kI kI= m1·w1·kобм1 / m2·w2·kобм2

r′2=r2·m2 /m1(I2 /I′2)2=r2·ki·kЕ;
r′2=r2·ki·kЕ; kЕ= w1·kобм1 / w2·kобм2

Из равенства относительных реактивных падений напряжений получим приведённое индуктивное сопротивление ротора X′2:

Читать еще:  Горит ли гипсокартон

При определении коэффициента

для короткозамкнутого ротора принимают

I2·X2 / E2 = I′2·X′2 / E′2 откуда найдём:

X′2= (E′2/E2)·(I2 / I′2)·X2=kA·X2

коэффициент приведения сопротивлений

Основные уравнения и схема замещения асинхронной машины

Запишем выражение для тока I1:

Векторная диаграмма асинхронной машины, работающей под нагрузкой

Векторная диаграмма асинхронной машины работающей
под нагрузкой.

На рисунке обозначено:

Номера в скобочках индексов – последовательность построения векторов с 1 по 15 вектор

ток холостого хода

(создаёт ЭДС, отстающую от него.
на 900)

угол магнитного запаздывания

ЭДС в обмотке статора,

ЭДС в обмотке ротора

Энергетическая диаграмма асинхронной машины

где P2 – полезная (отдаваемая мощность);
P1 – затрачиваемая (потребляемая мощность):

потери в обмотке статора (потери в меди)

потери в стали статора

потери в обмотке ротора (потери в меди)

pc2 — пренебрегаем, т.к.

Pмх – механическая мощность, развиваемая ротором.
pдоб и pмех – добавочные и механические потери.
Угловая частота вращения.

Подставим (2) в (4).

Приравняем (5) к (6).

потери в роторе тем больше, чем больше скольжение. Следовательно, с увеличением скольжения уменьшается КПД и ухудшается охлаждение.

Асинхронные машины устройство и принцип действия

Рейтинг 2.9/5 (81 голосов)

Линейный двигатель является электрической машиной, принцип работы которой основан на использовании энергии бегущего магнитного поля. Основное преимущество таких двигателей состоит в отсутствии кинематических цепей для преобразования вращательного движения в линейное, что существенно упрощает конструкцию приводимого в движение механизма и повышает его КПД. Существует большое разнообразие линейных двигателей. В настоящее время больший интерес проявляется к асинхронным линейным двигателям как относительно простым по конструкции.

Эти двигатели можно представить как разрезанную по образующей и развернутую в плоскость обычную асинхронную машину вращательного движения. Развернутый в плоскость статор асинхронного двигателя является первичным элементом, а развернутый ротор вторичным элементом линейного двигателя (рис. 1).

Стальной сердечник первичного элемента выполняется шихтованным, а в его пазах укладывается многофазная (обычно трехфазная) обмотка. Вторичный элемент выполняется с короткозамкнутой обмоткой, уложенной в пазы стального сердечника, или представляет собой сплошную токопроводящую пластину. Пластина изготовляется из меди, алюминия или ферромагнитной стали. При включении обмотки первичного элемента в многофазную сеть образуется магнитное поле, которое перемещается вдоль магнитопровода со скоростью

где τ — полюсное деление;

f1 — частота питающего напряжения.

При своем перемещении магнитное поле индуктирует во вторичном элементе машины ЭДС. Эта ЭДС вызывает токи, от взаимодействия которых с магнитным полем образуется механическая сила (тяговое усилие), стремящаяся сдвинуть элементы относительно друг друга.

В линейном двигателе в зависимости от его конструкции и назначения возможно относительное перемещение как первичного, так и вторичного элемента. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля

S = (v1 v) / v1

где v — скорость движения элемента.

Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%.

На работу линейного двигателя оказывают существенное влияние краевые эффекты, возникающие из-за конечных размеров разомкнутых магнитопроводов элементов. Это приводит к ухудшению таких характеристик, как тяговое усилие, коэффициент мощности и КПД.

Линейные двигатели могут быть успешно применены на ленточных и тележечных конвейерах, в приводах эскалаторов и движущихся тротуаров, в металлорежущих и ткацких станках, где рабочие органы совершают возвратно-поступательное движение. Большие перспективы имеет применение линейных двигателей для транспорта. Основным преимуществом линейного двигателя в этом случае является

возможность получения высоких скоростей движения до 400-500 км/ч.

Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия.

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector