Устройство асинхронного двигателя основано на принципе воздействия вращающегося магнитного поля статора на короткозамкнутый виток – ротор. Асинхронный двигатель состоит в основном из 2 -Х частей – статора и ротора.
Статор 1 представляет собой пустотелый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. На внутренней поверхности цилиндра выштампованы канавки – пазы. 1 2 3 Рисунок 2.1 – Асинхронный двигатель
Пазы статора 2 нужны для укладки статорной обмотки, которая, питаясь от трехфазной системы тока, создает вращающееся магнитное поле.
Ротор 3 представляет собой подвижный цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, на котором прорезаются пазы для укладки 3 -Х фазной обмотки. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, величина которого равна
Энергия, поступающая из сети в статор двигателя, передается через воздушный зазор магнитным потоком в ротор. В связи с этим желательно воздушный зазор делать как можно меньшим.
Частота вращения, с которой вращается поле статора, называется синхронной и обозначается n 1. Частота вращения ротора называется асинхронной и обозначается n 2.
Принято колебания по частоте вращения двигателя в зависимости от нагрузки оценивать величиной S, которая называется скольжением
Обмотка ротора короткозамкнутого двигателя представляет собой беличье колесо. Здесь в каждый паз укладывается по одному медному стержню. Все концы проводников закорачиваются с двух сторон медными или алюминиевыми шайбами. Ротор короткозамкнутого двигателя Электрическая схема короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя Z 2 Z 2 Z 2
Основной недостаток двигателей с короткозамкнутым ротором - это невозможность изменять активное сопротивление обмотки ротора. Такие двигатели не регулируют обороты, имеют значительный пусковой ток и малый пусковой момент.
Положительные качества – высокая механическая и электрическая прочность, простота и надежность конструкции, малая стоимость.
У двигателей с фазным ротором в пазы ротора укладывается трехфазная обмотка, выполненная из провода с изоляцией. Три конца обмотки соединяются в звезду, а три выводятся к кольцам, насаженным на вал ротора и изолированным друг от друга и от вала по приведенной схеме. Здесь за счет реостата R p сопротивление обмотки ротора можно изменять, поэтому можно регулировать обороты, уменьшать пусковой ток и увеличивать пусковой момент. Электрическая схема фазного ротора (с контактными кольцами)
Основное назначение статора – создать вращающееся магнитное поле. Для этого в пазы статора укладываются катушки статорной обмотки. Обмотку статора можно выполнить на различное число пар полюсов. При этом вращающееся магнитное поле статора будет вращаться или быстрее или медленнее. Последнее обстоятельство позволяет строить двигатели на различные числа оборотов.
а)3-х фазная обмотка имеет три катушки и одну пару полюсов ( р ), здесь каждый полюс занимает половину окружности б) 3-х фазная обмотка имеет 6 катушек, и 2 пары полюсов, здесь каждый полюс занимает 1/4 окружности. Выражение имеет общую форму для статора, имеющего поле с p парами полюсов. 3/2 B m B C S N n 1 Схема обмотки статора с тремя катушками, одной парой полюсов Схема обмотки статора с шестью катушками, двумя парами полюсов D A C B B B E F S N N S n 1
Если учесть, что, то Выражение определяет синхронное число оборотов магнитного поля статора для частоты питающего тока f 1. Для обмотки с р=1, n 1 = 3000 об/мин. Для обмотки с р=2, n 1 =1500 об/мин. Для обмотки с р=3, n 1 =1000 об/мин. Для обмотки с р=4, n 1 =750 об/мин, и т.д. Асинхронные двигатели при частоте 50 Гц не могут иметь обороты больше 3000 об/мин.
ЭДС одной фазы обмотки ротора К – обмоточный коэффициент Ток ротора определяется по Закону Ома
Графики зависимостей Е 2, z 2, I 2, cos 2 от скольжения S
В любом двигателе вращающий момент образуется за счет взаимодействия магнитного поля и проводника с током : (постоянный коэффициент) Магнитный поток Ф пропорционален квадрату напряжения сети U с 2, если U с = const, то и Ф= const. Таким образом, момент зависит только от тока I 2 и коэффициента мощности cos 2.
Рассмотрим режим двигателя, т.е. при скольжении, изменяющемся от 1 до 0. Обозначим момент, развиваемый двигателем при пуске в ход (S=1) как Mпуск. Скольжение, при котором момент достигает наибольшего значения, называют критическим скольжением Sкр, а наибольшее значение момента – критическим моментом Mкр. Отношение критического момента к номинальному называют перегрузочной способностью двигателя Mкр/Mн= λ =2÷3.
Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. При уменьшении U 1 снижается перегрузочная способность асинхронного двигателя.
Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от 0 до S кр, соответствует устойчивой работе двигателя. На этом участке располагается точка номинального режима ( M н, S н ). В пределах изменения скольжения от 0 до S кр изменение нагрузки на валу двигателя будет приводить к изменению частоты вращения ротора, изменению скольжения и вращающего момента.
С увеличением момента нагрузки на валу частота вращения ротора станет меньше, что приведет к увеличению скольжения и электромагнитного (вращающего) момента. Если момент нагрузки превысит критический момент, то двигатель остановится.
Участок характеристики, на котором скольжение изменяется от S кр до 1, соответствует неустойчивой работе двигателя. Этот участок характеристики двигатель проходит при пуске в ход и при торможении.
Пусковым током называется ток, поступающий в двигатель в момент включения его в питающую сеть. Пусковой ток асинхронного двигателя велик. Его оценивают так называемой кратностью пускового тока: I п t = 0 D П I п 0 S M вр M пуск S = 1,0 S кр =0, 2 0,4 Пояснение к пусковому току
Прямой пуск асинхронного двигателя Практически, необходимо, чтобы соблюдались следующие параметры : Мощность п /станции, кВА Пределы мощности электродвигателя в Квт при дополнительной потере напряжения До 4% До 5% 50,0 2,9 12,0 100,0 5,5 14,5 180,0 10,4 26,0 320,0 18,5 46,3 560,0 32,4 81,0 1000,0 42,3 105,7 1800,0 76,0 190,0
Схема обеспечивает уменьшение пускового тока в 3 раза. Пуск двигателя проходит в следующем порядке. Сначала переключатель П ставится в положение «1» (схема « Y »), а когда двигатель наберет обороты, переключатель ставится в положение «2» (схема « ») и в таком положении двигатель работает до остановки.
Порядок включения: 1) Замыкаем рубильник Р 1. 2) Замыкаем рубильник Р 2, при этом двигатель начинает работать при пониженном напряжении U 1. 3) Выключаем рубильник Р 1. При этом автотрансформатор работает как три отдельные катушки с железом (дроссели). На дросселях падает напряжение. Ток в двигателе будет равным: 4) Когда двигатель наберет полные обороты, включаем рубильник Р 3, при этом дроссели закорачиваются ножами рубильника. Статор двигателя питается от полного сетевого напряжения.
Порядок включения: 1) Реостат R p ставят в положение «а», при этом все сопротивления реостата полностью включены. 2) Включают рубильник Р. Ротор приходит во вращение, частота вращения ротора мала, ток пусковой тоже мал. Коэффициент мощности возрастает Момент пусковой увеличивается 3) Реостат R p постепенно выводят, т.е. поворачивают ползунок K вправо – частота вращения вала двигателя увеличиваются. 4) Когда ползунок K достигает крайнего положения, реостат R p полностью выключен. Величина пускового реостата рассчитывается из условия получения максимального момента при пуске двигателя. Необходимо, чтобы активное сопротивление фазы двигателя R 2 и реостата по величине равнялось бы реактивному индуктивному сопротивлению ротора.
Таким образом, при изменении сопротивления реостата кривая момента перемещается в случае увеличения сопротивления в сторону больших скольжений, в случае уменьшения сопротивления – в сторону меньших скольжений. Величина максимального момента при этом не изменяется. Из рассмотренного следует, что реостат в цепи ротора уменьшает пусковой ток; увеличивает пусковой момент; изменяет скорость вращения двигателя.
Реверсом называется такой режим работы двигателя, при котором изменяется направление вращения. Реверс асинхронного двигателя осуществляется изменением порядка чередования фаз, т.е. необходимо поменять местами две любые фазы.
Асинхронный двигатель почти не меняет частоты вращения при изменении нагрузки. Механическая характеристика двигателя «жесткая» Механической характеристикой двигателя называется функциональная связь частоты вращения ротора от момента на валу. n 2 ном Механическая характеристика АД с короткозамкнутой обмоткой n 2 0 n 2 = f(M вр ) M вр 0 n 2 M ном М пуск М max
Двигатель с контактными кольцами может регулировать частоту вращения вала за счет включения реостата в цепь ротора по схеме, приведенной на рисунке Указанный способ регулирования очень прост, но неэкономичен, т.к. в реостате R p образуется непроизводительный расход энергии на нагрев. При снижении частоты вращения на 30%, в реостате потери достигают так же 30% от паспортной мощности двигателя.
Регулирование частоты вращения вала двигателя происходит скачкообразно. Поэтому такие двигатели получили название многоскоростные. За счет увеличения обмоток двигатель становится дороже. M ВР P=1 P =2 n 2 0 Механическая характеристика двигателя
потери энергии на нагрев статорной и роторной обмоток потери энергии на нагревание стали статора и ротора потери на трение и вентиляцию
