Международный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова International Sakharov Environmental University Энергопреобразующие машины Тема Асинхронные электрические машины
Наибольшее распространение получили электрические машины вращательного типа. Они состоят из двух основных частей – статора и ротора, разделенных воздушным зазором. Ротор вращается, статор неподвижен. 1 — статор; 2 — ротор; 3 — подшипники.
Асинхронная машина - двухобмоточная электрическая машина переменного тока: первичная обмотка получает питание от электрической сети с частотой 1 ; вторичная обмо тка замыкается накоротко или на электрические сопротивления. ЭДС и ток во вторичной обмотке появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота 2 является функцией угловой скорости ротора, которая, зависит от вращающего момента, приложенного к валу. Асинхронные машины – наиболее распространенные ЭМ - обратима и используется как преобразователь электрической энергии в механическую или для обратного преобразования. Чаще всего асинхронные машины работают в качестве электродвигателей.
(ПД) РМ Электромагнитная схема трехфазной асинхронной машины
Принцип действия асинхронного электродвигателя Создание вращающихся магнитных полей осуществляют многофазными обмотками, т.е. при т 2. Для этого требуется также многофазная сеть – источник питания. Необходимо выполнить два условия: 1. Обмотка т -фазная подключается к т -фазному источнику питания. 2. Оси фаз обмотки располагают с пространственным сдвигом на угол электрических градусов, равным временному сдвигу фаз источника. Для трехфазной обмотки: т= 3, =120 , ф =120. Конструктивно асинхронная машина состоит из двух частей: 1. Магнитной, предназначенной для локализаций магнитного поля в заданном объеме; 2. Электрической, выполняющей две функции: во-первых, создание магнитного поля, во-вторых, восприятие действия созданного в асинхронной машине магнитного поля.
Принцип действия асинхронного электродвигателя Обмотка статора подключается к трехфазной сети (или источнику) и создает вращающееся магнитное поле с частотой вращения где f 1 – частота тока в первичной обмотке (статора). 1. Если обмотка ротора замкнута, то поле наводит в ней ЭДС с частотой f 2. Следовательно, образуется ток и собственное магнитное поле ротора, которое будет вращаться относительно ротора с частотой поскольку обмотка ротора многофазная. При n 2 = 0, f 2 = f 1 и 2. При взаимодействии полей обмоток создается результирующее магнитное поле и электромагнитный момент, под действием которого ротор приходит в движение в сторону вращения поля статора. При этом поля взаимодействуют, если неподвижны относительно друг друга. Так как п 2 0, то поле ротора всегда вращается относительно ротора с и суммарная скорость поля в пространстве равна n 2 + n ' 2 = n 1 3. Частота тока в обмотке ротора зависит от скорости ротора.
Принцип действия асинхронного электродвигателя Обмотка ротора замкнута накоротко, поэтому даже при незначительных значениях наводимой ЭДС в обмотке ротора протекают значительные токи. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает на роторе электромагнитные силы F эм. Силы F эм стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Вращение произойдет при условии, если электромагнитные силы превысят тормозные силы на валу ротора. Частота вращения ротора n 2 называется асинхронной, всегда в двигательном режиме меньше частоты вращения поля n 1, так как только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора асинхронного двигателя. С увеличением тормозного момента M c, создаваемого исполнительным механизмом и направленным навстречу электромагнитному моменту M, частота вращения ротора уменьшается. Электрическая мощность, поступающая в двигатель из сети, за вычетом потерь мощности, преобразуется в полезную механическую мощность на валу ротора и передаётся исполнительному механизму.
Основные характеристики двигателя К техническим характеристикам асинхронного электрического трехфазного двигателя причисляют частоту вращения, мощность, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности , массу. Сравнительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля определяется скольжением, которое находят по формуле: где s – скольжение; n 1 – 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. У современных двигателей средней и большой мощности скольжение мало (2 - 3) %.
Двигательный режим При пуске трехфазная обмотка статора подключается к сети. Протекающий ток создает вращающееся магнитное поле, оно вращается с частотой n 1, но ротор в силу инерционности небольшой момент времени остается неподвижным, n = 0, тогда при пуске По мере разгона частота вращения ротора n будет расти, а скольжение S уменьшаться. Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя называют номинальным S н. Для асинхронных двигателей общего назначения S н = (1¸8) %, при этом для двигателей большой мощности S н = 1 %, а для двигателей малой мощности S н = 8 %. При помощи постороннего двигателя частота вращения ротора машины может быть увеличена до скорости вращения магнитного поля, т. е. n = n 1. При этом скольжение В этом случае ротор и поле будут взаимно неподвижны, а токи в роторе и электромагнитные силы исчезнут. Такой режим называют идеальным холостым ходом асинхронной машины.
Генераторный режим Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного двигателя вращать в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n > n 1. Так как ротор будет обгонять поле статора, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное, по сравнению с двигательным режимом. При этом скольжение станет отрицательным ЭДС, наведённая в обмотке ротора, изменит свое направление. Токи и электромагнитный момент ротора изменят свое направление. Такой момент будет противодействовать вращению приводного двигателя. Таким образом, асинхронная машина, ротор которой вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой, превышающей частоту поля, является генератором. Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне 0 > S – ∞, т. е. оно принимает любые отрицательные значения.
Устройство асинхронного электродвигателя Асинхронный электродвигатель в разобранном виде: а — статор; б — короткозамкнутый ротор; в — фазный ротор; 1 — станина; 2 — сердечник из штампованных стальных листов; 3 — обмотка; 4 — вал; 5 — контактные кольца.
Устройство асинхронного электродвигателя Двигатель состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. Частями статора являются магнитопровод и корпус. Сердечник собран из изолированных листов электротехнической стали. С внутренней стороны полый цилиндр сердечника статора снабжен пазами, в которые закладывается статорная обмотка. Число катушек, образующих обмотку, должно быть кратно трем. Фазовые обмотки статора электродвигателя соединяются «звездой» или «треугольником». Собранный сердечник статора закрепляют в стальном корпусе. Ротор, подобно статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка. В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели: 1. с короткозамкнутым ротором. 2. фазным ротором.
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором Обмотка короткозамкнутого ротора сделана из медных стержней, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединены при помощи медного кольца. Такая обмотка называется обмоткой типа «беличьей клетки». Медные стержни в пазах не изолируются. В некоторых двигателях «беличью клетку» заменяют литым ротором
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 1 —сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — лопасти вентилятора; 4 — короткозамыкающие кольца Конструкция короткозамкнутого ротора
Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: 1 — корпус; 2 — сердечник статора; 3 — сердечник ротора; 4 — обмотка ротора «беличья клетка»; 5 — обмотка статора; 6 —вентиляционные лопатки ротора; 7 — подшипниковый щит; 8 — кожух вентилятора; 9 — вентилятор
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором Обмотки фазного ротора соединены, чаще всего, между собой «звездой». Двигатель с фазным ротором имеет еще одно название – двигатель с контактными кольцами. Концы обмоток соединяются с тремя медными кольцами, которые электрически изолированы не только от вала двигателя, но и друг от друга. Кольца насажены на сердечник ротора через изоляционные прокладки. На них накладываются специальные щётки, которые даже при вращении имеют электрический контакт с обмотками ротора двигателя. Для изменения скорости щетки соединяют с реостатом. Статор и ротор асинхронного двигателя с фазным ротором 1 — обмотка статора; 2 —корпус; 3 —сердечник статора; 4 — коробка с выводами; 5 — сердечник ротора; 6 — обмотка ротора; 7 — контактные кольца
Ротор трехфазного асинхронного двигателя 1- фазные катушки; 2- вал; 3 – контактные кольца; 4 – щетки; 5 – регулировочные реостаты.
