Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя

Самым распространенным электродвигателем, используемым в быту, промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, на сегодняшний день, является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором). Основным его преимуществом, перед другими типами двигателей является простота, надежность и дешевизна.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.

Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.

Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об./мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.

Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:
S=( n0-n )/ n0,
где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.

В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.

Если нагрузка на валу двигателя отсутствует, частота вращения поля ротора n, стремиться достичь частоты вращения поля ротора, но никогда не достигает ее, так как если n0-n=0, то и электромагнитный момент двигателя М будет равен 0.

В паспорте и на шильдике асинхронного электродвигателя производитель указывает номинальную частота вращения двигателя, замеряемую при номинальной мощности. При увеличении нагрузки на валу двигателя, частота вращения двигателя уменьшается, а ток статора увеличивается. Асинхронные двигатели могут изготовляться с 1,2,3 ,4,5,6 парами полюсов. Соответственно синхронная скорость вращения асинхронного двигателя соответственно будет составлять 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

На смену классической конструкции асинхронного двигателя приходят энергоэффективные конструкции асинхронных двигателей обладающие более высоким КПД и технико-экономическими показателями. Применение частотно-регулируемого привода в тандеме с энергоэффективными двигателями, позволит существенно улучшить энергетические показатели и снизить затраты на электроэнергию.

1. Типовые схемы автоматического управления асинхронным двигателем с

2. Типовые схемы автоматического управления асинхронным двигателем с

Пункт 1 — Типовые схемы автоматического управления асинхронным

двигателем с короткозамкнутым ротором.

Управление асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором можно производить с помощью магнитных пускателей или контакторов. При применении двигателей малой мощности, не требующих ограничения пусковых токов, пуск осуществляется — включением их на полное напряжение сети. Простейшая схема управления двигателем представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема управления АД с короткозамкнутым ротором с нереверсивным

Для пуска схемы включается автоматический выключатель и тем самым подается напряжение на силовую цепь схемы и цепь управления. При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» замыкается цепь питания катушки контактора КМ, вследствие чего его главные контакты в силовой цепи также замыкаются, присоединяя ста­тор электродвигателя М к питающей сети. Одновременно в цепи управления замыкается блокировочный контакт КМ, что создает цепь питания катушки КМ (независимо от положения контакта кнопки). Отключение электродвигателя осуществляется нажати­ем кнопки SВ2 «Стоп». При этом разрывается цепь питания кон­тактора КМ, что приводит к размыканию всех его контактов, двигатель отключается от сети, после чего необходимо отклю­чить автоматический выключатель QF.

В данной схеме предусмотрены следующие виды защит:

— от коротких замыканий — с помощью автоматического вы­ключателя QF и предохранителей FU;

— от перегрузок электродвигателя — с помощью тепловых реле КК (размыкающие контакты этих реле при перегрузках раз­мыкают цепь питания контактора КМ, тем самым отключая дви­гатель от сети);

— нулевая защита — с помощью контактора КМ (при сниже­нии или исчезновении напряжения контактор КМ теряет пита­ние, размыкая свои контакты, и двигатель отключается от сети).

Для включения двигателя необходимо вновь нажать кнопку SВ 1 «Пуск». Если прямой пуск двигателя невозможен и необхо­димо ограничить пусковой ток асинхронного короткозамкнутого двигателя, применяют пуск на пониженное напряжение. Для этого в цепь статора включают активное сопротивление или ре­актор либо применяют пуск через автотрансформатор.

На рис. 2 приведена схема управления асинхронным двига­телем с короткозамкнутым ротором с симметричными сопротивле­ниями в цепи статора. Включается автоматический выключатель QF, подается напряжение на силовую цепь и цепь управления. После нажатия на кнопку SВ 1 срабатывает контактор КМ 1, си­ловые контакты которого замыкаются и подключают двигатель к сети с активными сопротивлениями в цепи статора. Одновре­менно получает питание реле времени КТ, поскольку контакт КМ 1 в цепи реле КТ замыкается.

Читайте так же:
Как правильно сделать дымогенератор для холодного копчения

Рисунок 2 – Схема управления АД с короткозамкнутым ротором с симметричными

сопротивлениями в цепи статора

По истечении времени, равного выдержке времени реле КТ, замыкается контакт КТ, вследствие чего контактор КМ 2 сраба­тывает и своими контактами шунтирует сопротивления в цепи статора. Пуск заканчивается. Для остановки двигателя нажима­ется кнопка SВ 2 «Стоп» и отключается автоматический выклю­чатель QF.

На рис. 3 приведена схема управления асинхронным двига­телем с короткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем. Схема позволяет осуществлять прямой пуск асин­хронного короткозамкнутого двигателя, а также изменять направ­ление вращения двигателя, т.е. производить реверс.

Пуск двигате­ля осуществляется включением автоматического выключателя QF и нажатием кнопки SВ 1, вследствие чего контактор КМ 1 получает питание, замыкает свои силовые контакты и статор двигателя подключается к сети. Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SВ 3. Это приведет к отключению контактора КМ 1, после чего нажимается кнопка SВ2 и включается контактор КМ 2.

Рисунок 3 – Схема управления АД с короткозамкнутым ротором с реверсивным

Таким образом, двигатель подключается к сети с изменением порядка чередования фаз, что приводит к изменению направле­ния его вращения. В схеме применена блокировка от возможно­го ошибочного одновременного включения контакторов КМ 2 и КМ 1 с помощью размыкающих контактов КМ 2, КМ 1. Отклю­чение двигателя от сети осуществляется кнопкой SВ 2 и автома­тическим выключателем QF. В схеме предусмотрены все виды зашит электродвигателя, рассмотренные в схеме управления асин­хронным двигателем с нереверсивным магнитным пускателем.

Пункт 2 — Типовые схемы автоматического управления асинхронным

двигателем с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется с введен­ными резисторами в цепи ротора. Резисторы в цепи ротора слу­жат для ограничения токов не только в процессе пуска, но и при реверсе, торможении, а также при снижении скорости.

По мере разгона двигателя для поддержания ускорения при­вода резисторы выводятся. Когда пуск закончится, резисторы полностью шунтируются, и двигатель перейдет работать на есте­ственную механическую характеристику. На рис. 4 приведена схема асинхронного двигателя с фаз­ным ротором, где с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляется пуск двигателя в две ступени, причем напряже­ние подается одновременно на силовые цепи и цепи управления с помощью выключателя QF.

Рисунок 4 – Схема пуска АД с фазным ротором

Управление двигателем в рассматриваемой схеме осуществляется в функции времени. При подаче напряжения в цепь управления реле времени КТ 1, КТ 2 срабатывают и размыкают свои контакты. Далее нажимает­ся кнопка SВ 1. Это приводит к срабатыванию контактора КМ 3

и пуску двигателя с резисторами, введенными в цепи ротора, так как контакторы КМ 1 и КМ2 питания не получают. При включе­нии контактора КМ 3 реле КТ 1 теряет питание и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ 1 через промежуток времени, рав­ный выдержке времени реле КТ 1. По истечении указанного вре­мени включается контактор КМ 1, шунтирующий первую пуско­вую ступень резисторов. Одновременно размыкающий контакт КМ 1 в цепи реле КТ 2 размыкается, реле КТ 2 теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи контакто­ра КМ 2, который срабатывает через промежуток, равный вы­держке времени реле КТ 2, и шунтирует вторую ступень резисто­ров в цепи ротора.

Схема управления асинхронным двигателем с фазным рото­ром в функции тока представлена на рис. 5. Для контроля пус­ка по току применяют токовые реле, которые срабатывают при пусковом токе и отпадают при минимальном токе переключе­ния.

Схема предусматривает пуск двигателя и его защиту без ре­версирования и торможения. Пуск двигателя осуществляется при включении в цепь автоматического выключателя QF и кон­тактора КМ 3, причем в цепь ротора полностью введены пуско­вые резисторы. Блокировочные контакты контактора КМ 3 шун­тируют кнопку SB 1 и создают цепь питания блокировочного реле KL. Замыкающий контакт реле KL подает питание на кон­такторы ускорения КМ 1, КМ 2. Собственное время срабатыва­ния реле тока КА 1 и КА 2 меньше, чем соответствующих контак­торов КМ 1 и КМ 2, поэтому реле тока срабатывает раньше, чем соответствующий контактор ускорения, и пуск двигателя осуще­ствляется с резисторами, введенными в цепь ротора.

Рисунок 4 – Схема пуска АД с фазным ротором в функции тока

При пусковом токе реле тока КА 1 срабатывает и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ 1. По мере разгона двигателя ток ротора уменьшается. При токе переключения реле КА 1 отпа­дает и контакт КА 1 в цепи контактора КМ 1 замыкается, что при­водит к срабатыванию контактора КМ 1, который своими кон­тактами шунтирует первую ступень пускового резистора и реле КА 1. Одновременно замыкается блокировочный контакт КМ 1, что ставит катушку контактора КМ 1 на «самоподхват» при размы­кании контакта КА 1. При шунтировании первой пусковой сту­пени резистора ток возрастает до максимального значения, что приводит к срабатыванию реле КА 2, препятствуя включению контактора КМ 2. По мере разгона двигателя ток снова уменьша­ется до минимального значения, реле КА 2 отпадает, размыкаю­щий контакт КА 2 замыкается, создавая цепь питания катушки КМ 2. При этом шунтируется вторая ступень пускового резисто­ра. Остановить двигатель можно нажатием кнопки SВ2 «Стоп», в результате чего обесточивается контактор КМ 3 и двигатель от­ключается от сети.

Читайте так же:
Динамометрический ключ со стрелкой

Схема пуска асинхронного двигателя. Управление асинхронным двигателем. Нереверсивый и реверсивный магнитный пускатель.

Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.


Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя

Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.

Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF. Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:

  • от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
  • от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
  • нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).

Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.


Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором схема Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором схема Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором схема

Короткозамкнутый ротор и его особенности

Короткoзамкнутый ротор представляет собой наборной сердечник из специальной листовой стали. Сердечник имеет каналы, которые не изолируют обмотки друг от друга, а наоборот — они залиты расплавленным легкоплавким легким металлом, а он образует прутки, которые в торцах фиксируются на кольцах.

Металл, из которого выполняют эти прутки и которым заливают пространства между сердечниками, зависит от требуемых характеристик двигателя и это может быть как медь, так и алюминий.

Реверсивный пуск асинхронного двигателя


Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).

В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.

Преимущества АС двигателя

Главной особенностью характеристик этого двигателя и самым ценные их проявлением, считают тот факт, что нагрузка на двигатель практически никак не зависит от частоты вращения вала. Магнитные поля и электродвижущую силу изучают уже лет двести, а наш асинхронный двигатель стал лучшим подтверждением тому, это один из самых эффективных методов трансформации энергии.

Принцип работы этого мотора как раз основан на взаимодействии подвижного магнитного поля и токопроводящего элемента, распложенного внутри этого поля. Двигатель, как известно еще со школьной скамьи, состоит из двух базовых узлов — рoтора и статора. Статoр как раз генерирует вращающееся магнитное поле. Конструктивно, статoр представляет собой металлический сердечник, на него намотана обмотка из медной проволоки с термолаковой изоляцией.

Внутри статора, внутри его магнитного поля, поместили ротор, который представляет собой вал с сердечником и обмоткой. На рисунке ниже изображена схема устройства асинхронного мотора. По схеме понятно, что статор состоит из наборных пластин и нескольких обмоток, которые намотаны на пластинчатый сердечник. Эти обмотки могут подсоединяться по разным схемам, в зависимости от типа напряжения. Каждая их обмоток сдвинута друг отнoсительно друга на 120 градусов. А ротор такого двигателя может быть принципиально двух типов.

Как работает магнитное поле

Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.

Читайте так же:
Латунь ржавеет или нет

За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.

Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором схема

Все электрические двигатели содержат две главные части, взаимодействующие друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, и ротор отвечает на него своим вращением. Все электродвигатели классифицируются на основе того или иного принципа, обеспечивающего взаимодействие главных частей. Например, в движке статор подобно первичной обмотке трансформатора индуцирует во вторичной обмотке — роторе — электромагнитные процессы. Значит это — асинхронный электродвигатель.

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Движки переменного тока могут быть синхронными. Схема получается проще, а мотор дешевле. Хотя все асинхронные двигатели содержат статор, аналогичный синхронной машине, конструкция ротора определяет их существенное отличие от них. Его не нужно намагничивать тем или иным способом, как это делается в синхронном движке. Несмотря на отличия моделей асинхронных машин, конструкция их ротора — это эквивалент короткозамкнутой вторичной обмотки.

Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор. Его можно просто отлить из ферромагнитного материала и обработать надлежащим образом. Сплавы на основе железа проводят электрический ток и взаимодействуют с магнитным полем. Цельнометаллическая конструкция обладает следующими преимуществами:

  • наиболее проста в изготовлении и по этой причине обладает минимальной себестоимостью;
  • лучше всего переносит усилия, возникающие при работе двигателя;
  • хорошо разгоняется из-за эффективного взаимодействия магнитных полей.

Читать также: Как подключить электроплиту индезит

Как преодолеваются недостатки болванки

Однако вполне очевидно то, что такой короткозамкнутый ротор будет не лучшим проводником для токов, индуцируемых статором. Сплавы железа проводят электроток заметно хуже алюминия или меди. Кроме этого ведь неспроста магнитопроводы трансформаторов изготавливают из стальных пластин, а не из цилиндрических болванок. Вихревые токи нагревают литой металл и уменьшают общую эффективность электроустановки. Поэтому недостатки массивности конструкции из железного сплава конструктивно учитывает наиболее эффективный двигатель с короткозамкнутым ротором.

В таком электродвигателе используются алюминиевые или медные детали. Функции применительно к созданию магнитного поля и проводимости тока конструктивно разделяются. Для получения переменного магнитного поля с малыми потерями по аналогии с трансформаторами применяются тонкие изолированные пластины. Каждая из них содержит выемки и по форме эквивалентна поперечному сечению ротора. Ее материалом является трансформаторная сталь.

Как получается беличье колесо (клетка)

После того как пластины собраны, получается цилиндр с канавками. Они образованы выемками, в которые укладываются стержни из алюминия или меди. На торцы цилиндра надеваются пластины или кольца из такого же металла, что и стержни, концы которых крепятся к ним. Каждая пара диаметрально противоположных стержней, таким образом, создает короткозамкнутый виток. Его сопротивление индуцируемому току гораздо меньше, чем у железного сплава. Стержни с пластинами выглядят, как беличья клетка.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором схема

Поэтому двигатель с короткозамкнутым ротором такой конструкции имеет меньше потерь и по этой причине широко распространен. Но сходство этого электромотора асинхронного электродвигателя короткозамкнутым ротором своим похожего на обычный нагруженный силовой трансформатор ограничено к применению в некоторых электросетях. Не каждая из них может выдержать большой пусковой ток. Если асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором будут стартовать одновременно, величина тока будет велика и сравнима с коротким замыканием.

В начале их пуска происходит процесс, аналогичный включению трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. В этом начальном положении магнитное поле почти неподвижно, и в этой связи так называемое скольжение получается самым большим. Неподвижный короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя создает при пуске наиболее мощное электромагнитное поле. Ведь он собран из листовой стали, отличающейся минимальными вихревыми потерями, а беличье колесо характеризуется минимальным электрическим сопротивлением.

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.

асинхронный электродвигатель

Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется "беличьей клеткой". Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.

Читайте так же:
Гайка для болгарки размеры

Получение вращающегося магнитного поля

Обмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Ротор и статор

Пуск асинхронных двигателей

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов — для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.

Способы торможения двигателей

При торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.

Электропитающие устройства и линии автоматики, телемеханики и связи — Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Статор асинхронного двигателя (рис. 187) состоит из сердечника 2, обмотки 3 и корпуса (станины) 1. Сердечник статора является частью магнитопровода и собран из отдельных стальных пластин 4 толщиной 0,35—0,5 мм. Чтобы снизить до минимума потери энергии на вихревые токи, пластины изолируют друг от друга (чаще всего тонким слоем специального лака). В пазах стального статора укладывают провода, образующие трехфазную обмотку статора. Каждая фазная обмотка состоит из одной или нескольких катушек и рассчитана на определенное номинальное фазное напряжение. На двигателе указывается два номинальных напряжения (например, 380 и 220 В), отличающихся в 3 раз.
При большем напряжении сети фазные обмотки статора соединяют звездой, а при меньшем напряжении — треугольником. В том и другом случае к каждой фазной обмотке подводится одинаковое напряжение, являющееся номинальным фазным напряжением двигателя. Начала обмоток статора обозначают C1, С2, С3, а концы — С4, С5, С6.

Рис. 187. Статор асинхронного двигателя
Расположение выводов обмоток на щитке (рис. 188) удобно для соединения обмоток звездой или треугольником. Сердечник статора с обмоткой расположен (обычно запрессован) внутри корпуса, который отливают из чугуна или алюминиевого сплава. С боков сердечник статора закрывается крышками, в которых имеются подшипники.
Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на концах медными кольцами, и называется «беличьим колесом» (рис. 189, а). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием (рис. 189, б).
При прохождении по обмоткам статора трехфазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся с частотой n1 = 60f|p, где f частота подводимого к двигателю тока; р — число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.
Если имеются три катушки, то вращающийся магнитный поток имеет два полюса (p=1) и пх— 3000 об/мин. Если число катушек увеличить в 2 раза, то р 2, а n1 —= 1500 об/мин.
Магнитные линии поля статора пересекают обмотку ротора и в ней возникает ток, создающий свое магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля статора с частотой п.
Ротор и поле статора вращаются с различными частотами. В противном случае не было бы пересечения ротора силовыми линиями магнитного поля статора. Отношение разности частот вращающегося поля статора п1 и ротора п к частоте магнитного поля статора называют скольжением (отставанием): S = (n1 — п)/п1 или S = (п1 — n)/n1 X 100%. При пуске двигателя п = 0, a S = 1, или 100%.
Во время холостого хода двигатель имеет минимальное скольжение (1—2%). С увеличением нагрузки уменьшается частота вращения ротора и увеличивается скольжение при номинальной нагрузке, достигая 5—6%.
Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличением скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересекают ротор, увеличивается ток в обмотках ротора и статора.
Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения: f2 = f1S. При пуске S = 1 и f2 = f1 = 50 Гц.

Pиc. 188. Расположение выполов обмоток на щитке (а) и соединение обмоток звездой (б) и треугольником (в)

Читайте так же:
Для чего нужен силовой трансформатор

Короткозамкнутая обмотка ротора
Рис. 189. Короткозамкнутая обмотка ротора (а) и короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная η виде алюминиевой отливки (б):
1 — короткозамыкающие кольца; 2— листы магнитопривода; 3 — вентиляционные лопатки; 4 — стержни
С возрастанием частоты вращения ротора п уменьшается скольжение S и частота f2. При холостом ходе двигателя f2 = 1:4 Гц.
Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам короткозамкнутых асинхронных двигателей относятся: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos φ.
При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной частотой пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5—8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.
Вращающий момент М асинхронного двигателя образуется в результате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной составляющей тока ротора Iа2 = I2cos ψ2. Следовательно, М = СФICos ψ2, где С — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя; ф2 — разность фаз э. д. с. E2 и тока I2 ротора.
При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя возникает ток наибольшей частоты I2. Поэтому индуктивное сопротивление ротора ΧL2 — 2πf2L2 значительно больше активного r2. Активная составляющая тока ротораи вращающий момент не достигают максимального значения. С увеличением скорости частота I2 тока в роторе и его индуктивное сопротивление начнут уменьшаться, что в свою очередь вызовет увеличение активной составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя.
Вращающий момент асинхронного двигателя достигает наибольшего значения при равенстве активного и индуктивного сопротивлений ротора, т. е. при r2 = XL2.

Рис. 190. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения
При дальнейшем увеличении частоты вращения это равенство нарушается, т. е. Xl2 < r2 и вращающий момент вновь начнет уменьшаться.
При скольжении S = 1 (рис. 190) двигатель развивает пусковой момент Мπ, при номинальном скольжении SH == 0,02-:0,06— номинальный момент Мн. Максимальный момент Ммах двигатель развивает при скольжении, называемом критическим (SKP = 0,2).
Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа МСТ применяют в стрелочных электроприводах. Основные характеристики этих электродвигателей приведены в табл. 11.
Электродвигатели типов МСТ-0,25 и МСТ-0,3 устанавливают в электроприводах тяжелых и обычных стрелок электрической централизации, типа МСТ-0,6 — в электроприводах стрелок маневровых районов.
Таблица 11

* В числителе указывается потребляемый ток при соединении обмоток звездой, в знаменателе — при соединении обмоток треугольником.

Для увеличения начального вращающего момента, необходимого для перевода стрелок, короткозамкнутую обмотку ротора стрелочных электродвигателей выполняют с повышенным активным сопротивлением. Изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется переменой мест двух линейных проводов, подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора.
Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть переменного тока без пусковых приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.
Существуют два способа пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Непосредственный (прямой) пуск применяют в случае, если мощность двигателя значительно меньше мощности сети. Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно использовать в том случае, если обмотки статора двигателя постоянно должны быть соединены треугольником. Для того чтобы снизить пусковой ток, на период пуска обмотки статора соединяют звездой (рис. 191, а). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в √ 3 раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Р2 и обмотки соединяют треугольником.
Для снижения пускового тока последовательно с обмоткой статора можно включать элементы с активным или индуктивным сопротивлением (рис. 191, б и в). После пуска эти элементы шунтируются.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector