Рабочие характеристики асинхронного двигателя


СОДЕРЖАНИЕ:

Шпаргалка: Рабочие характеристики асинхронного двигателя

РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

«Рабочие характеристики асинхронного двигателя»

Асинхронная электрическая машина – это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Используется в основном как двигатель и как генератор. Статор имеет пазы, в которые укладывается одно- или многофазная (чаще трёхфазная) обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания подвижного магнитного поля, вращающегося кругового- у трёхфазных и пульсирующего или вращающегося эллиптического-у однофазных машин. Ротор – вращающаяся часть электрической машины, предназначен также для создания магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем статора, ведёт к созданию электромагнитного вращающего момента, определяющего направление преобразования энергии. У генераторов этот момент носит тормозной характер, противодействуя вращающему моменту первичного двигателя, приводящего в движение ротор. У двигателей, наоборот, этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.

Асинхронный генератор-это асинхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме. Вспомогательный источник электрического тока небольшой мощности и тормозное устройство (в электроприводе).

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

1. Асинхронный двигатель

1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора

Пусть n 1 – частота вращения магнитного поля. Многофазная система переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту n1=60f1/p, где f1 – частота тока, p – число пар полюсов, образуемых каждой фазой статорной обмотки.

n 2 – частота вращения ротора. Если ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля (n2≠n1), то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте.

При работе частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля.

Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой n s = n 1 – n 2

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.

При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение ничтожно мало и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n 2 уменьшится. Согласно формулеS = ( n 1 – n 2) / n 1 скольжение увеличится. Так как магнитное поле статора скользит относительно ротора с частотой n s = n 1 – n 2, то оно будет пересекать проводники ротора чаще, в них увеличится ток и двигательный вращающий момент, который вскоре станет равным тормозному. При уменьшении нагрузки, тормозной момент становится меньше вращающего, увеличивается n 2 и уменьшаетсяS . Уменьшается Э.Д.С и ток ротора и вращающий момент вновь равен тормозному. Магнитный поток в воздушном зазоре машины при любом изменении нагрузки остаётся примерно постоянным.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2≈n1, и S≈0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М , идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М 2 2 + М , где Р 2 – полезная мощность двигателя, Ω 2 -угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М 0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОSφ-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость СОSφ-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе СОSφ мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу СОSφ возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение СОSφ, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая КПДη имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Дата добавления: 2014-07-12 ; просмотров: 1845 ; Нарушение авторских прав

К рабочим характеристикам асинхронного двигателя относятся:

— зависимость числа оборотов ротора n;

— зависимость моментов М;

— зависимость потребляемого тока статора I1;

— зависимость КПД η;

— зависимость от величины, полученной мощности на валу двигателя , при неизменных параметрах питающей сети (U1 = const, f1 = const).

Резкое возрастание тока при нагрузках, примерно 80 % от Iн и более, является основной причиной выхода асинхронного двигателя из строя. Поэтому длительный режим перегрузки (P2 > 1) недопустим.

При включении асинхронного двигателя на нагрузку происходит резкое возрастание Р2 и КПД увеличивается. При дальнейшем

АД создает на валу вращающий момент М, который состоит из тормозящего момента х.х. М0 и полезного тормозящего (нагрузочного) момента М2.

где Мст –статический момент двигателя.

соответствующая статическому моменту полная механическая мощность АД составляет:

Передаваемая через зазор от обмотки статора на ротор мощность называется электромагнитной.

Исходя из общих соотношений между мощностью и моментами, учитывая влияние конструктивных данных двигателя на величину момента, можно получить общую формулу для АД.

где m1 число фаз.

Другая более общая форма записи позволяет рассчитать момент без учета величины Е2 ( ЭДС ротора), а исходя только из параметров питающей сети и конструктивных параметров своего двигателя. При этом учитывается влияние нагрузки на величину момента:

Здесь зависимость от сети выражается U1 и f1, зависимость от конструкции m1,p,R2,x1,x2.

Зависимость момента от нагрузки заключается только в величине скольжения S.

При синхронном ходе ротора n1 = n, S=0, следовательно M=0.

При пуске M=0, а S=1.

Замечание: комплекс с1

1+X1/Xм появляется в результате допущений при выводе общей формулы момента, здесь Xм – величина намагничивающего индуктивного сопротивления в схеме замещения АД.

Пусковой момент АД.

Формула пускового момента получается из общей, если подставить S=1.

Максимальный момент АД.

Величина Мmax определяется из условия: dM/dS=0

Величина отношения Mmax к Mн называется апрокидывающим моментом. Он отражает перегрузочную способность двигателя.

Mmax/Mн=1.6:1.8 (до 100 кВт)

Mmax/Mн=1.8:2.2 (до 400 кВт)

Mmax/Mн=2.5:3.0 (для машин специального исполнения)

Отношение Mп к Mн называется кратностью пускового момента.

Зависимость момента М от величины активного сопротивления в цепи реактора.

Как известно включать добавочное сопротивление R2 можно в цепь ротора только Адфр. При этом чем больше R2 включенное в цепь ротора, тем раньше после пуска достигается максимальный момент АД, при этом величина самого Mmax не меняется. С ростом R2 увеличивается также и величина пускового момента.

Помимо основного момента создаваемого первыми гармониками тока и потока в АД возникают добавочные (паразитные) моменты: вибрационные возникают при определенных частотах вращения ротора; асинхронные, создаваемые высшими гармониками тока; синхронные (резонансные) возникают при определенных скоростях вращения и определенных конфигурациях зубцовых зон АД.

Регулирование частоты вращения ротора

Способами частоты вращения ротора являются:

1. переключение числа полюсов обмотки статора;

2. регулирование частоты питающего напряжения.

Помимо этого существуют еще два, гораздо менее применимых, способа регулировки оборотов:

3. регулирование величины питающего напряжения;

4. регулирование сопротивления обмотки ротора (R2′).

Переключение числа полюсов обмотки статора:

— на статор укладывается одна обмотка, разделенная на отдельные части, имеющие отдельные выводные клеммы;

— на статоре выполняются две независимые обмотки;

— на статоре выполняются две обмотки, причем каждая с переключением пары полюсов.

Переключение частей обмотки осуществляется посредством изменения направления тока в отдельных половинках каждой фазы.

Следует иметь в виду, что при изменении частоты вращения n, изменяются также и момент М, развиваемый на валу двигателя, а также ЭДС обмотки статора.

При этом основной магнитный поток:

где D –диаметр расточки статора

l – длина пакета статора

где p1- минимальное число полюсов

p2 – удвоенное число пар полюсов

Регулирование n, посредством изменения частоты питающей сети, осуществляется посредством использования преобразователя частоты, включаемого между тремя фазами питающей сети и тремя фазами обмотки статора.

Основным условием такого регулирования, как правило, является обеспечение постоянства момента на валу двигателя. Так как момент пропорционален квадрату частоты, то

Т.е. при таком регулировании частоты вращения n, подводимой к статору асинхронного двигателя, напряжение должно изменяться пропорционально квадрату частоты f.

Способ регулирования оборотов n, посредством изменения питающего напряжения, применяется редко (только в специальных электрических приводах), в виду его малой эффективности (при изменении U1 на 10%, величина n изменяется на 1%).

Способ регулирования n, посредством изменения R2′, возможно только в асинхронном двигателе с фазным ротором, и по своей эффективности соизмеримо с предыдущим, и применяется редко.

Серии асинхронного двигателя

АД относятся к высоко унифицированным электрическим машинам. В международной системе интер-электро АД классифицируются в единые серии.

В серии 4А классифицируются Адкз в диапазоне мощностей от 50 Вт до 500 кВт, с n=500-3000 об/мин.

Обозначение типа двигателя расшифровывается так:

4-порядковый номер серии

*-если ничего нет, то это закрытого исполнения, если Н, то защищенное исполнение

М- установочные размеры по длине корпуса

2-число полюсов обмоток статора

У- климатическое исполнение (умеренный)

3-категория размещения (высота над уровнем моря)

-тип выводного устройства

Кроме того в каждом типе существуют специальные исполнения АД: малошумные, безыскровые, с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, встраиваемые, фланцевые, с фазным ротором, мало скоростные.

| следующая лекция ==>
Асинхронные машины. | Однофазные АД.

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

Промышленность, производство: Рабочие характеристики асинхронного двигателя, Контрольная работа

РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

«Рабочие характеристики асинхронного двигателя»

Асинхронная электрическая машина – это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Используется в основном как двигатель и как генератор. Статор имеет пазы, в которые укладывается одно- или многофазная (чаще трёхфазная) обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания подвижного магнитного поля, вращающегося кругового- у трёхфазных и пульсирующего или вращающегося эллиптического-у однофазных машин. Ротор – вращающаяся часть электрической машины, предназначен также для создания магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем статора, ведёт к созданию электромагнитного вращающего момента, определяющего направление преобразования энергии. У генераторов этот момент носит тормозной характер, противодействуя вращающему моменту первичного двигателя, приводящего в движение ротор. У двигателей, наоборот, этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.

Асинхронный генератор-это асинхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме. Вспомогательный источник электрического тока небольшой мощности и тормозное устройство (в электроприводе).

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

1. Асинхронный двигатель

1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора

Пусть n1 – частота вращения магнитного поля. Многофазная система переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту n1=60f1/p, где f1 – частота тока, p – число пар полюсов, образуемых каждой фазой статорной обмотки.

n2 – частота вращения ротора. Если ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля (n2≠n1), то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте.

При работе частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля.

Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой ns= n1 – n2

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.

При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение ничтожно мало и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n2 уменьшится. Согласно формуле S =(n1 – n2) / n1 скольжение увеличится. Так как магнитное поле статора скользит относительно ротора с частотой ns= n1 – n2, то оно будет пересекать проводники ротора чаще, в них увеличится ток и двигательный вращающий момент, который вскоре станет равным тормозному. При уменьшении нагрузки, тормозной момент становится меньше вращающего, увеличивается n2 и уменьшается S. Уменьшается Э.Д.С и ток ротора и вращающий момент вновь равен тормозному. Магнитный поток в воздушном зазоре машины при любом изменении нагрузки остаётся примерно постоянным.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2≈n1, и S≈0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М, идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М 22+ М, где Р2 – полезная мощность двигателя, Ω2-угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОSφ-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость СОSφ-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе СОSφ мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу СОSφ возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение СОSφ, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.


Кривая КПДη имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

Характеристики асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели давно и прочно заняли свою нишу в промышленном и частном секторе. Без них невозможно представить себе ни одно производство, да и в загородном хозяйстве они широко применяются. Я думаю любой, даже далекий от электрики человек имеет представление о том, что они из себя представляют. А вот многие ли обращали внимание на металлические таблички или по другому шильды, прикрепленные к двигателю и на те технические данные, которые на них указаны?

Я думаю, что ответ будет отрицательный. А ведь эта информация может многое рассказать о самом двигателе и его технических характеристиках. Это своего рода техпаспорт электродвигателя. Давайте же разберемся с этим вопросом.

Итак, согласно требованиям ГОСТ 183-74 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ Общие технические условия» на корпусе электродвигателя должна быть установлена табличка-шильда, на которой указываются основные характеристики двигателя. На фото ниже показана шильда от довольно распространенного двигателя АИР71А2У3.

На ней в первую очередь указан сам тип двигателя. Первые буквы АИР обозначают серию (тип) двигателя. Следующие цифры 71 обозначают высоту в мм оси вращения вала от плоскости, на которой установлен эл.двигатель. Далее буква А показывает установочный размер по длине станины двигателя: А, S – короткая; В, М –средняя; С, L – длинная. Цифра 2 — число полюсов электродвигателя. Может иметь значение 2 (3000 об/мин), 4 (1500 об/мин), 6 (1000 об/мин), 8 (750 об/мин), 12 (600 об/мин). Буква У показывает климатическое исполнение, в данном случае для умеренного климата. Может также иметь значение Т — тропический климат, УХЛ — умеренно холодный климат, ХЛ — холодный климат, ОМ — на судах морского и речного флота. И наконец последняя цифра 3 обозначает категорию эксплуатации — в помещении. Также бывают категории 5 — в помещении с повышенной влажностью, 4 — в помещении с искусственно регулируемыми климатическими условиями, 2 — на улице под навесом, 1 — на открытом воздухе.

Далее у нас идет заводской серийный номер N который идентифицирует конкретный двигатель.

На следующей строке значение

50Hz говорит нам о том, что двигатель подключается к трехфазной сети переменного тока с частотой 50Hz. Значок Y указывает нам на схему подключения обмоток. В данном случае двигатель подключается только по схеме «звезда». Номинальное напряжение при этом должно быть 380 V. Чаще можно встретить схему подключения ∆/Y, указывающаю на возможность подключения как «треугольником», так и «звездой». Номинальное напряжение будет указано как 220/380 V, то есть по схеме «треугольник» двигатель подключается на 220 V, а по схеме «звезда» на 380 V. Также в этой строке указан номинальный ток двигателя — 1.8 А.

Далее указана номинальная полезная мощность на валу — 0.75 kW, или 750 W. 2820 r/min означает номинальную частоту оборотов двигателя в минуту. Следующее значение коэффициент полезного действия (КПД). У данного двигателя он составляет 79.0% ((η = 0,79). И в конце строки указан коэффициент мощности cos φ равный 0.80. Этот параметр показывает соотношение между полной и активной мощностью. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии.

Следующей строкой на шильде указан режим работы электродвигателя S1 — продолжительный режим работы, характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке и потерях на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры. Также может иметь значение:

  • S2 – кратковременный режим работы – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени под постоянной нагрузкой.
  • S3 – периодический повторно-кратковременный режим работы, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке.
  • S4 – повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов.
  • S5 – Повторно-кратковременный режим с электрическим торможением.
  • S6 – перемежающийся режим работы – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени с нагрузкой, и время работает на холостом ходу.
  • S7 – Перемежающийся режим с влиянием пусковых токов и электрическим торможением.
  • S8 — Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения.

Далее указан класс изоляции двигателя F — параметр определяющий максимальную температуру нагрева обмоток двигателя, при которой его допускается эксплуатировать. По стандарту подразделяются на класс А — 105°C, B — 130°C, F — 155°C и H — 180°C. То есть в нашем случае допускается эксплуатировать двигатель с температурой обмоток 155°C.

Также на шильде указан вес двигателя — 8.7 Kg и степень защиты — IP54. Первая цифра обозначает защиту от пыли:

  • 0 — без защиты
  • 1 — защита от твердых объектов свыше 50мм
  • 2 — защита от твердых объектов свыше 12мм
  • 3 — защита от твердых объектов свыше 2,5мм
  • 4 — защита от твердых объектов свыше 1мм
  • 5 — защита от пыли (без осаждения опасных материалов)
  • 6 — полная защита от пыли

Вторая цифра обозначает защиту от влаги:

  • 0 — без защиты
  • 1 — защита от вертикально падающих капель
  • 2 — защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 15 градусов к вертикали
  • 3 — защита от капель воды падающих на оболочку наклоненную под углом не более 60 градусов к вертикали
  • 4 — защита от брызг воды любого направления
  • 5 — защита от струй воды любого направления
  • 6 — защита от воздействий, подобных морским накатам.

В заключении стоит отметить, что обозначения на импортных двигателях могут немного отличаться от российских стандартов, однако основные параметры, такие как габариты, способ подключения обмоток, напряжение, мощность, частота легко читаемы на любом двигателе.

Расчет и построение рабочих характеристик двигателя

Рабочими характеристиками называются зависимости:

Эти характеристики рассчитываются как аналитически, так и определяются по круговой диаграмме, которая дает представление об особенностях спроектированного электродвигателя.

Определим рабочие характеристики двигателя с помощью круговой диаграммы, представленной на рисунке 15.

Для определения cosц из точки О1 строим дугу окружности радиусом 100 мм от оси абсциссы до оси ординаты.

Для определения номинальной мощности по круговой диаграмме следует сначала определить точку А, расстояние от которой до линии механических мощностей равно :

Для определения коэффициента мощности продлеваем вектор тока статора до пересечения со вспомогательной окружностью в точке L; из точки L проводим линию, параллельную оси абсцисс до пересечения оси ординат в точке N, т.е.:

Для определения отрезка, соответствующего максимальному моменту (без учета явлений насыщения путей потоков рассеяния и без учета явления вытеснения тока), необходимо из центра круговой диаграммы (отрезка OD) провести линию, перпендикулярную линии моментов OG до пересечения с окружностью в точке М. Из этой точки опустить перпендикуляр на линию диаметров до пересечения с линией моментов в точке M1. Величина отрезка в масштабе мощности определяет величину максимального момента:

Ток статора определяется длиной отрезка O1A в масштабе тока:

Ток ротора определяется на круговой диаграмме отрезком OA в масштабе тока:

Подводимая мощность P1 равна длине перпендикуляра AT в масштабе мощности:

Электрические потери в обмотках статора и ротора по полученным характеристикам круговой диаграммы:

Суммарные потери в электродвигателе:

Коэффициент полезного действия:

Аналогично по круговой диаграмме можно рассчитать рабочие характеристики для других значений мощностей (0,25P2, 0,5P2, 0,75P2, 1,25P2), вначале определив на круговой диаграмме точку A, соответствующую этим значениям. В связи с известной долей приближения (

1 мм) полученные по диаграммам результаты не совсем точны.

Результаты расчета рабочих характеристик представлены в таблице 1.

Результаты расчета рабочих характеристик двигателя

Отдаваемая мощность в долях от номинальной Р2

Территория электротехнической информации WEBSOR

Асинхронный двигатель

Если поместить во вращающееся магнитное поле короткозамкнутую медную или алюминиевую рамку на валу электродвигателя, то она вместе с валом придет во вращение по направлению вращения поля. Явление это объясняется следующим образом. Пусть угловая скорость вращения рамки n несколько меньше угловой скорости вращения поля n o (асинхронное вращение). В этом случае рамка «проскальзывает» относительно поля. Величину s = ( n o — n )/ n o называют скольжением. Относительно магнитного поля рамка вращается с угловой скоростью, пропорциональной скольжению. Поэтому в ней возникает индукционный ток, пропорциональный относительной скорости вращения рамки, т. е. скольжению. По закону Ленца, индуцированный ток взаимодействует с полем так, что рамка увлекается полем.
А так как магнитное поле вращается, то это приводит к вращению рамки. Вращающий момент, действующий на рамку, пропорционален индуцированному току и тем самым скольжению. Этот вращающий момент уравновешивается внешней нагрузкой. Таким образом, в установке данного типа рамка всегда вращается несколько медленнее вращения поля. Такое вращение называют асинхронным (т. е. неодновременным, несогласованным). Сам двигатель получил название асинхронного .

Асинхронный двигатель наиболее распространен в качестве электропривода различных механизмов благодаря своей простоте и надежности. . Их применяют для привода машин и механизмов, не требующих строго постоянной частоты вращения и ее регулировки. Важнейшими достоинствами данного двигателя являются простота его устройства и большая надежность, вызванная отсутствием скользящих контактов. Двигатель имеет достаточный пусковой момент, легко реверсируется (т. е. в нем легко меняется направление вращения ротора). В результате этого асинхронные двигатели являются самыми распространенными в технике электрическими машинами. Более 60 % всей вырабатываемой в мире энергии преобразуется в механическую, в основном, с помощью асинхронных двигателей. Мощность двигателей колеблется от десятков ватт до сотен киловатт.
Асинхронный двигатель изготавливается в однофазном, двухфазном и трехфазном исполнении.

Рассмотрим вращающееся поле переменного тока трехфазной цепи короткозамкнутого асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутыми по окружности на 120° и соединенными звездой .

Обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением. Начальную фазу тока в обмотке А-х принимаем равной нулю. Тогда:

Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора. Статор представляет собой литой корпус (стальной или чугунный) цилиндрической формы. Внутри статора располагается магнитопровод с вырубленными пазами, в которые укладывается статорная обмотка. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку и могут быть соединены как треугольником, так и звездой. Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессовываются подшипники вала ротора. Ротор состоит из стального вала с напрессованным на него магнитопроводом.
По конструкции роторов двигатели делятся на две группы. Первая — с короткозамкнутым ротором и вторая — с фазным. У двигателя с короткозамкнутым ротором в пазы заливаются алюминиевые стержни и накоротко замыкаются по торцам. У фазового ротора имеются три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток присоединены к кольцам, закрепленным на валу. К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки, к которым подключаются сопротивления. В начальный момент пуска ротор находится в заторможенном состоянии, затем сопротивление уменьшается и двигатель плавно запускается, что позволяет снизить пусковой ток.
К обмоткам статора подводится трехфазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемого системой трехфазного тока.

В момент времени t 1 : . Если ток фазы А положителен, т.е. течет от начала к концу, то, пользуясь правилом правоходового винта, можно найти картину распределения магнитного поля для времени t 1 .
В момент времени t 2 вектор результирующей магнитной индукции В m развернется на угол a 1 и далее по часовой стрелке с периодом обращения 360°. Для данного примера угол a 1 = 60°.
Таким образом, магнитная индукция представляет собой вращающееся поле с амплитудой

За период поле делает один оборот, , (где f = 50 Гц), и является промышленной частотой питающего переменного напряжения и тока.
При синусоидальном характере вращающегося поля его скорость n o равна отношению a f/p (где р — число пар полюсов). В рассматриваемом примере р = 1 и частота вращения равна соответственно 3000 оборотам в минуту. Если число катушек в каждой фазе увеличить в два раза, а сдвиг фаз между токами сохранить 120°, то частота вращения уменьшится в два раза за счет увеличения числа пар полюсов. Особенностью короткозамкнутого асинхронного двигателя является наличие постоянной частоты вращения поля статора, определяемой числом пар полюсов.
Если поменять местами любые две фазы, то возникнет поле обратной последовательности и ротор начнет вращаться в другую сторону. Еще одной особенностью асинхронных двигателей является разность частоты вращения полей статора n o и ротора n , что делает возможным их электромагнитное взаимодействие. При этом поле ротора будет как бы скользить относительно поля статора

где s — скольжение, при номинальной мощности двигателя скольжение составляет 0,01-0,03.
Основное вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотках статора и ротора ЭДС, аналогично трансформатору, так как при разомкнутом роторе асинхронный двигатель представляет собой трансформатор в режиме холостого хода:

где индекс 1 относится к параметрам статора, а 2 — к параметрам ротора; К обм — обмоточные коэффициенты, определяемые способом укладки обмоток (петлевая или волновая). К обм =0,92-0,98; Е 2 s =E 2 S ; Е 2 — действующее значение ЭДС неподвижного ротора при s = 1; f 2 =f 1 S .
В асинхронном двигателе кроме основного магнитного потока создаются потоки рассеяния. Один охватывает проводники статора, другой — ротора. Потоки рассеяния характеризуются соответствующими индуктивными сопротивлениями Х 1 и Х 2 s.
Уравнения электрического состояния фаз обмоток статора и ротора:

Момент асинхронного двигателя

Вращающий электромагнитный момент двигателя в соответствии с законом электромагнитных сил

где
С м — конструктивная постоянная;
j 2 s — фазовый сдвиг между током и магнитным потоком.
Отношение максимального момента М max к номинальному М н определяет перегрузочную способность двигателя и составляет 2,0-2,2 (дается в каталожных данных). Максимальный момент соответствует критическому скольжению s к , определяемому активными и индуктивными сопротивлениями двигателя, и пропорционален активному сопротивлению цепи ротора.

Потери в асинхронном двигателе

Потери делятся на потери в статоре и в роторе. Потери в статоре состоят из электрических потерь в обмотке Р э1 и потерь в стали Р ст , а потери в роторе — из электрических Р э2 и механических Р мех плюс добавочные потери на трение и вентиляцию Р доб .

где К = 2,9-3,6 определяется диаметром статора D 1 .
Потери в стали в рабочем режиме во много раз меньше электрических потерь в роторе и ими обычно пренебрегают.
КПД асинхронного двигателя составляет от 0,75 до 0,95.

Рабочий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, что необходимо учитывать при включении двигателя в протяженных распределительных сетях. Номинальному моменту соответствует номинальное скольжение, а пусковому — s п .
Зависимость момента двигателя от скольжения М=f(s) приведена на рисунке.
На участке от 0 до М max двигатель работает в устойчивом режиме, а участок от S k называется режимом опрокидывания двигателя, при котором двигатель в результате перегрузки останавливается и не может вернуться в рабочий режим без очередного запуска. Пусковые свойства двигателя определяются соотношением пускового момента М п и номинального. В соответствии с каталожными данными оно составляет 1,6-1,7. При пуске асинхронного двигателя cos j очень мал и пусковой ток в обмотке статора может возрастать в 5-7 раз по сравнению с номинальным. Ограничение его осуществляется изменением частоты питающего напряжения для двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличением активного сопротивления в цепи ротора для двигателя с фазовым ротором. Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: с большим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения.

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Зависимость скорости вращения от нагрузки на валу двигателя называется механической характеристикой асинхронного двигателя.
Участок АВ механической характеристики соответствует устойчивому режиму работы асинхронного двигателя. Увеличение нагрузки (тормозного момента) ведет к некоторому снижению частоты вращения ротора, что вызывает увеличение вращающего момента. При превышении тормозным моментом критического, двигатель останавливается. Точка В на графике соответствует точке критического или опрокидывающего момента.

Регулирование частоты вращения

Регулирование частоты вращения может быть осуществлено тремя способами: изменением частоты питающего напряжения, переключением числа пар полюсов и изменением скольжения.
Для регулирования частоты вращения двигателей с короткозамкнутым ротором в настоящее время широко используются частотные преобразователи с микропроцессорным управлением.

Тормозные режимы возникают в машине при определенных условиях или создаются искусственно с целью ускорения процесса остановки двигателя. Торможение может быть:

  • генераторное с отдачей энергии в сеть;
  • противовключением;
  • динамическое.

Генераторным тормозным режимом называется режим работы двигателя, когда под действием внешнего момента ротор двигателя вращается в том же направлении, что и магнитное поле, но с большей скоростью.
Тормозной режим противовключения возникает в том случае, когда под действием внешнего момента, приложенного к валу двигателя, ротор вращается в противоположную сторону относительно вращающегося магнитного поля.
Динамический тормозной режим получается при отключении обмотки статора от сети трехфазного тока и подключении ее на время торможения к источнику энергии постоянного тока.

Расчетные формулы для выбора двигателя имеют вид:

Выбор двигателя по каталогу осуществляется следующим образом. По заданному моменту рабочего механизма и частоте вращения определяется необходимая мощность. После этого определяются условия окружающей среды, выбирается исполнение по типу монтажа и высоте оси рабочего вала двигателя. Зная эти параметры, по каталогу проверяют необходимую перегрузочную способность, КПД, массу и момент инерции.
Для шахтных условий используются двигатели взрывозащищенного исполнения; для крановых механизмов — двигатели с повышенным скольжением и т.д.
В бытовых приборах используются однофазные двигатели. Однофазный двигатель отличается от трехфазного тем, что его статорная обмотка подключается к однофазному источнику питания. Ротор выполняется короткозамкнутым. На статоре размещаются две обмотки, оси которых смещены друг относительно друга на 90 электрических градусов. Одна называется рабочей, а другая -пусковой.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя являются зависимости от мощности на валу Р 2 таких параметров, как момент, частота вращения, ток статора, КПД и cos j .Анализ характеристик показывает, что частота вращения ротора падает с увеличением нагрузки, а момент пропорционален ей. Ток статора изменяется по нелинейному закону, что связано с магнитной системой двигателя и при Р 2 =0 определяется током холостого хода, составляющего до 40% его номинального значения.

В системах управления используются двигатели, в которых одна из обмоток статора постоянно подключена к сети переменного тока (обмотка возбуждения), а ко второй (обмотка управления) подводится напряжение управления. Такие двигатели относятся к классу микромашин.
Микромашины используются в информационных системах, где они выполняют функции первичных преобразователей для вычислительных операций в системах автоматики и телемеханики.
Одним из примеров является сельсин, предназначенный для передачи на расстояние угловых перемещений валов, механически не связанных друг с другом. По конструкции сельсины делятся на контактные и бесконтактные. Контактные сельсины выполняются в двух вариантах. В одном обмотка возбуждения располагается на роторе, а трехфазная обмотка, называемая обмоткой синхронизации, в пазах статора. В другом варианте наоборот. При включении обмотки возбуждения сельсина на однофазное напряжение ток создает пульсирующее магнитное поле, которое индуцирует в каждой фазе обмотки синхронизации переменную ЭДС. Действующее значение ЭДС каждой фазы зависит от расположения осей этих фаз относительно оси потока возбуждения.
В простейшем случае схема дистанционной передачи угловых перемещений состоит из двух одинаковых сельсинов, у которых одноименные зажимы обмоток синхронизации соединены проводами линии связи, а на обмотки возбуждения подается напряжение сети. Один из сельсинов называют сельсин-датчиком, другой — сельсин-приемником.

Асинхронный двигатель

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ФАЗ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ВЫБОР ПУСКОВОГО АППАРАТА

ВЫБОР ЗАЩИТНОГО АППАРАТА

ВЫБОР АППАРАТА УПРАВЛЕНИЯ

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ И МАРКИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ ИЛИ КАБЕЛЯ С УКАЗАНИЕМ СПОСОБА ПРОКЛАДКИ

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ОДИН МЕСЯЦ НЕПРЕРЫВНОЙ РАБОТЫ

а) изучить рабочие характеристики асинхронного короткозамкнутого электродвигателя;

б) рассчитать и построить механическую характеристику М (S) согласно номеру варианта задания;

в) проверить возможность прямого пуска электродвигателя при питании его от трансформатора (при двух разных линейных напряжениях);

г) установить способ соединения фаз статора по заданному напряжению питающей сети.

а) рассчитать и выбрать аппараты пуска, защиты и управления электродвигателем;

б) определить потребные сечения и марки соединительных проводов или кабеля и указать способы прокладки;

в) найти величину емкости батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности ( ) электродвигателя до требуемого;

г) подсчитать расход электрической энергии нагруженным электродвигателем за один месяц непрерывной работы;

д) начертить принципиальную схему нереверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором (см. рис. 4).

Исходные данные к расчету

Полезен материал? Поделись:

Ток статора IH при

Тип двигателя При нормальной нагрузке
220В 380В 660В
4А90Д2У3 3,0 2840 10,61 6,13 3,54 84,5 0,88 0,94 2,5 2,1 6,5

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя показывают зависимо­сти скорости вращения п, КПД h, полезного момента М2, коэффициента мощности cos j и тока I от полезной мощности Р2 при постоянных напряжениях и частоте f .

Скоростную характеристику — зависимость скорости вращения от полезной мощности — можно представить в виде кривой, слабо наклоненной к оси абсцисс. Скоростная характеристика асинхронного двигателя жесткая, т.е. скорость незначительно изменяется при изменении нагрузки.

Моментная характеристика – зависимость полезного момента от полезной мощности двигателя — представлена кривой, выходящей из начала координат и слегка изогнутой вверх, что объясняется уменьшением скорости вращения при увеличении полезной мощности.

Зависимость коэффициента мощности cos j от полезной мощности двигателя имеет сложный вид. Асинхронный двигатель потребляет индуктивный ток для создания магнитного потока. Величина этого тока очень мало зависит от нагрузки. Сos j трехфазных асинхронных двигателей всегда меньше единицы. Наименьшее значение он имеет при холостом ходе. Сos j холостого хода асинхронных двигателей обычно меньше 0,2.

С увеличением полезной мощности растет активная составляющая статорного тока, увеличивается и коэффициент мощности, достигая наибольшей величины (0,8-0,9) при достижении номинальной нагрузки, а затем сos j медленно уменьшается. Для двигателей большей мощности больше и номинальный коэффициент мощности.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей сильно снижается при уменьшении загрузки. Для повышения сos j нужно подбирать по мощности такие двигатели, которые работают большую часть времени с полной нагрузкой.

Зависимость КПД от полезной мощности выражается типичной кривой, выходящей из начала координат и достигающей максимума примерно при 80 %-и нагрузке, а затем постепенно КПД уменьшается. Номинальное значение КПД асинхронных двигателей составляет величину в пределах 80-94 %. Большие значения КПД — у двигателей большой мощности. КПД короткозамкнутых двигателей несколько выше, чем фазных.

Зависимость тока двигателя от полезной мощности соответствует кривой, изогнутой кверху. При перегрузке ток двигателя увеличивается быстрее роста мощности, так как в этом случае КПД и сos j уменьшаются.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Механическая характеристика двигателя, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, аналитически выражается следующей формулой:

где М — вращающий момент, развиваемый двигателем при скольжении S , Нм; Sк — критическое скольжение ротора.

Для увеличения пускового момента асинхронного короткозамкнутого двигателя и уменьшения пускового тока изготавливают специальные роторы: с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и с увеличенным активным сопротивлением обмотки.

Перегрузочная способность электродвигателей с короткозамкнутым ротором доходит до 2,5-2,8.

Расчет. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А90Д2У3 имеет следующие данные: РН =3,0 кВт; nH = 2840 об/мин;

Требуется построить механическую характеристику М (S) двигателя при работе с номинальным напряжением.

1. Скорость вращения магнитного поля

2. Номинальное скольжение

4.Номинальный и максимальный (критический) моменты двигателя:

5. Для построения механической характеристики воспользуемся формулой

6. Задавшись различными значениями скольжения S, найдем соответствующие им значения момента М. Результаты расчетов занесем в таблицу 2.

S 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,254 0,2 0,1 0,05
М, Нм 12,04 13,19 14,55 16,17 18,11 20,37 22,83 24,88 25,22 24,52 17,19 9,56

Таблица 2

7. По данным табл.3 построим график М (s) (рис.1)

Рис.1 Механическая характеристика

ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРЯМОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА, ПИТАЮЩЕГОСЯ ОТ ТРАНСФОРМАТОРА.

Операция прямого пуска короткозамкнутых двигателей проста: достаточно подать напряжение на статорную обмотку включением рубильника, магнитного пускателя или контактора.

Существенный недостаток этого способа — большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4-7 раз. Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебания напряжения в сети отрицательно сказываются на работе других потребителей этой сети; особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может «не развернуться». В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.

Для уменьшения пускового тока короткозамкнутых асинхронных электродвигателей применяются еще специальные способы пуска: реостатный, автотрансформаторный, пуск переключением обметок статора со звезды на треугольник и другие. При этих методах уменьшение пускового тока достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки электродвигателя.

Расчет. Проверить возможность пуска короткозамкнутого двигателя при питании его от трансформатора мощностью 20 кВА. Воздушная линия, питающая двигатель, имеет длину l = 250м и выполнена проводом А16. Расчет выполнить для напряжений сети 220/127 и 380/220 В.

Каталожные данные двигателя 4А90Д2У3: Рн =3 кВт; IH = 6,13 А при Uн = 380 В; IH = 10,61 А при Uн = 220 В; пн = 2840 об/мин; КПД = 84,5%; cos jH =0,88; кратность пускового тока К1 =6,5; m = 2,1; l =2,5.

Каталожные данные трансформатора ТCМ-160: UК — 4,5 %; SН = 20 кВА. Сопротивление воздушной линии А16 составляет 1,98 Ом/км. Пуск двигателя осуществляется вхолостую, трансформатор при этом работает также в холостую.

Проверим возможность пуска двигателя при Uн = 220 В. Найдем потерю напряжения при пуске двигателя и допустимую потерю, при которой возможен пуск:


где — полное сопротивление короткого замыкания обмоток трансформатора;

— полное сопротивление соединительной линий, Ом;

— полное сопротивление короткого замыкания асинхронного двигателя, Ом.

2. Сопротивление линии

где ρ — удельное сопротивление линии, Ом/км (прил.15); l -длина воздушной линии, км;

3. Сопротивление двигателя

4. При пуске электродвигателя потеря напряжения

5. Допустимая потеря напряжения

где и — кратности моментов мтрог и мизб (принимаются при пуске двигателя вхолостую + = 0,3)

Так как m = 2,1; l =2,5.

2. Определим ток уставки теплового расцепителя:

Выберем автомат IНавт = 10 А и установим ток теплового расцепителя ре­гулятором на 7,7 А.

2. Определим необходимый ток электромагнитного расцепителя

3. Выберем тип автомата: АП-50 — 3 МТ; IН авт. = 50 А.

4.Проверим выбранный автомат по току срабатывания электромагнитного расцепителя.

По условиям пуска автомат выбран правильно, поскольку

5. Проверим коммутационную способность автомата. Эффективное значение допустимого тока короткого замыкания для выбранного автомата при напряжения 380 В (Iф кор зам =1500 А) должно быть больше Iф кор зам сети.

ВЫБОР ЗАЩИТНОГО АППАРАТА

Для защиты проводов и кабелей электрических сетей напряжением до 1000 В от токов короткого замыкания устанавливают предохранители. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величи­ны плавкая вставка расплавляется, цепь тока разрывается, предохраняя провод от недопустимого перегрева.

Расчет. Каталожные данные двигателя 4А90Д2У3: Рн =3 кВт; IH = 6,13 А при Uн = 380 В; IH = 10,61 А при Uн = 220 В; пн = 2840 об/мин; КПД = 84,5%; cos jH =0,88; кратность пускового тока К1 =6,5; m = 2,1; l =2,5.

Требуется выбрать плавкие вставки к предохранителям типа ПН-2, установленным на питающей двигатель линии, при условии, что двигатель загружен на номинальную мощность.

1. Можно принять расчетный ток линии равным номинальному току двигателя: IДЛ =6,13 А.

2. Выбрав номинальный ток плавкой вставки по длительному току линии (IВ > Iдл), получим соотношение IВ > 6,13 А.

3. При выборе плавкой вставки по пусковому току двигателя

где К = 2,5 при легком пуске электродвигателя, К = 1,6 — 2,0 при тяжелых пусках электродвигателя.

Пусковой ток электродвигателя

где Ki кратность пускового тока электродвигателя.

По табл. прил.6 подберем плавкую вставку предохранителя типа ПН-2 на номинальный ток 100 А.

ВЫБОР АППАРАТА УПРАВЛЕНИЯ

Наряду с аппаратами ручного управления широкое применение получила релейно-контактная аппаратура, позволяющая управлять электродвигателями и другими электроустановками дистанционно, т. е. на расстоянии, с помощью кнопок управления. К этой аппаратуре, прежде всего, относятся магнитные пускатели и контакторы.

Магнитным пускателем называют аппарат, замыкающий контакты в силовой электрической цепи путей втягивания электромагнита, обмотка которого включена во вспомогательную цепь управления и соединена с кнопками «Пуск» и «Стоп».

Контактором называют аппарат для включения и отключения силовой цепи электродвигателя (до 1200 раз в час), приводимый в действие электромагнитом постоянного или переменного тока.

В практике наибольшее распространение получили магнитные пускатели серии ПМЕ, ПМА, ПА, ПВН и электромагнитные контакторы переменного тока типа ТСТ-6000, КТ-700, КТПВ-6000 и некоторые другие.

Магнитные пускатели выбирают с учетом мощности управляемого электродвигателя и номинального напряжения катушки (прил.6,7).

Зная заданную номинальную мощность или номинальную силу тока элек­тродвигателя, линейное или фазовое напряжение питающей сети, из прил.6 или 7 выбирают соответствующий тип магнитного пускателя. Если магнитные пускатели не отвечают условиям пуска и управления электродвигателями (недостаточен ток главной цепи), то выбирают контакторы.

При выборе электромагнитного контактора можно руководствоваться номинальным током электродвигателя и заданным напряжением электрической сети (прил.8).

Контакторы, в отличие от магнитных пускателей, не имеют встроенной защиты (тепловых реле) от электрических перегрузок, но рассчитаны на большую силу тока (от 20 до 1000 А) с количеством полюсов от 1 до 5, большим числом срабатывания в час и одновременным магнитным и дионным гашением дуги.

Включение, отключение магнитных пускателей или контакторов производится кнопками управления, размещаемыми на пульте управления, электродвигателем или другими электроустановками. При выборе кнопок управления пользуются прил.9.

Каталожные данные двигателя 4А90Д2У3: Рн =3 кВт; IH = 6,13 А при Uн = 380 В; IH = 10,61 А при Uн = 220 В; пн = 2840 об/мин; КПД = 84,5%; cos jH =0,88; кратность пускового тока К1 =6,5; m = 2,1; l =2,5.

Выбираем в качестве аппарата управления:

Величина пускателя – третья, номинальный ток главной цепи 40 А.

Кнопки управления – КУ – 121-2. количесвто кнопок – 2, Допустимый ток при напряжении 380 В – 12 А.

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ И МАРКИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ ИЛИ КАБЕЛЯ С УКАЗАНИЕМ СПОСОБА ПРОКЛАДКИ

Каталожные данные двигателя 4А90Д2У3: Рн =3 кВт; IH = 6,13 А при Uн = 380 В; IH = 10,61 А при Uн = 220 В; пн = 2840 об/мин; КПД = 84,5%; cos jH =0,88; кратность пускового тока К1 =6,5; m = 2,1; l =2,5.

Определить сечение проводов ответвления к электродвигателю.

Электродвигатель устанавливают в ремонтно-механическом цехе предприятия (помещение особо сырое, трудносгораемое). Проводку осуществляют проводом мар­ки АПРТО, проложенным в трубах и каналах пола.

1 . Определим рабочий ток нагрузки:

2. Пользуясь данными прил.10 (графа ‘Три одножильных провода в трубе», нулевой провод в расчет не принимается), найдем, что допустимому току в 15 А соответствует сечение провода АПРТО 1 мм 2 . Одновременно пользуемся прил.11 (см. характеристику помещений для установки электродвигателей в прил.15).

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Для повышения коэффициента мощности применяют специальные компенсирующие устройства: косинусные конденсаторы (батареи), синхронные компенсаторы и перевозбужденные синхронные двигатели, которые вырабатывают реактивную мощность, потребляемую некоторыми приемниками. При включении в сеть компенсирующие устройства разгружают энергосистему от реактивной мощности и соответственно повышают коэффициент мощности си­ловых трансформаторов.

Конденсаторные батареи включают непосредственно в зажимы электродвигателей на групповом распределительном щите или на стороне низкого (высокого) напряжения трансформаторной подстанции по схеме «треугольник». Чтобы определить необходимую емкость конденсаторов для повышения коэффициента мощности установки от cos j1 = cos j H до cos j 2 > cos j TP, следует пользоваться следующей формулой:

где С — электрическая емкость, Ф (Фарада); Р — средняя активная потребляемая мощность электродвигателя, Вт; Р = Рн электродвигателя; j- угол сдвига фаз до компенсации; j 2 — угол сдвига фаз после компенсации; — угловая частота, = 2πf; f- частота сети (принимаем равной 50 Гц); UФ — фазное напряжение, В.

Расчет. К сети переменного тока напряжением 380 В подключен электродвигатель мощностью 3 кВт, работающий с коэффициентом мощности cos j1 = 0,88. Требуется определить, какая нужна емкость батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности данного электродвигателя до cos j 2 = 0,94.

j1 = 28 0 21′ tg j 1 = 0,54; j 2 = 19°57′ ; tg j 2 = 0,363.

Реактивная мощность конденсатора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ОДИН МЕСЯЦ НЕПРЕРЫВНОЙ РАБОТЫ

Если все три счетчика соединены с трансформаторами тока, имеющими одинаковый коэффициент трансформаций К, то общий расход электроэнергии

Показания счетчиков на 1 января:

первого — 902 кВт/ч,

второго — 640 кВт/ч,

третьего — 890 кВт/ч.

Показания тех же счетчиков на 1 февраля:

первого — 932 кВт/ч,

второго — 690 кВт/ч,

третьего — 950 кВт/ч.

Счетчики подключены к трансформаторам тока ТCM-20/6 (прил. 15). Необходимо определить расход электроэнергии за январь.

Счетчики за истекший месяц зарегистрировали следующий расход электроэнергии:

1-й счетчик: 932 — 902 = 30 кВт/ч;

2-й счетчик: 690 -640 = 50 кВт/ч;

3-й счетчик: 950 -890 = 60 кВт/ч.

Подставив полученный расход электроэнергии в формулу, получим общий расход электроэнергии с учетом коэффициента трансформации К

= 140 • 20 / 6 = 140 • 10 = 466, 67 кВт/ч.

Рис. 2. Схема нереверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором: Р1 и Р2 — предохранители в цепи управления; РЗ, Р4, Р5 — предохранители в цепи батареи конденсаторов; рР1 — автоматический выключатель; ТА1, ТА2, ТАЗ; — измерительные трансформаторы тока; КМ — магнитный пускатель; КК1, КК2 — тепловые реле магнитного пускателя; М — асинхронный электродвигатель; С — батареи конденсаторов

Похожие рефераты:

Стендовое испытание асинхронной машины с фазным ротором в двигательном и генераторном режимах, в режимах холостого хода и короткого замыкания. Ознакомление со способом пуска машины в ход. Обучение построению круговой диаграммы и ее использованию.

Статическая нагрузочная диаграмма электропривода. Определение мощности резания для каждого перехода, коэффициента загрузки, мощности на валу двигателя, мощности потерь в станке при холостом ходе. Расчет машинного (рабочего) времени для каждого перехода.

Описание устройства и принципа действия двигателей постоянного тока. Коэффициент полезного действия, рабочие и механические характеристики. Анализ основных качеств: пусковой, тормозной и перегрузочный момент, быстродействие и регулируемость вращения.

Выбор магнитного пускателя для защиты асинхронного двигателя. Выбор низковольтных и высоковольтных аппаратов в системах электроснабжения. Схема пуска и защиты двигателя. Соединение понижающих трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения.

Отображение двигателя в режиме динамического торможения. Расчет пускового реостата и построение пусковых характеристик для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Запись уравнения скоростной характеристики с учетом требуемых параметров.

Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным, независимым и последовательным возбуждением. Тормозные режимы. Электродвигатель переменного тока с фазным ротором. Изучение схем пуска двигателей, функции времени.

Расчет и построение естественных и искусственных характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики при пуске и торможении. Определение времени разгона привода. Графоаналитическое решение уравнения движения электропривода.

Паспортные данные устройства трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Определение рабочих характеристик двигателя: мощность, потребляемая двигателем; мощность генератора; скольжение; КПД и коэффициент мощности двигателя.

Сущность и решение машинных цепей при переменных ЭДС и трансформаторах. Расчет характеристик трехфазного трансформатора. Трехфазные асинхронные двигатели. Машины постоянного тока, их характеристики и особенности. Расчет двигателя постоянного тока.

Получение вращающего магнитного поля, работа статора. Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя, его механическая характеристика и применение. Способ подключения трёхфазного двигателя в однофазную сеть, подбор и определение ёмкости конденсатора.

Механическая характеристика рабочей машины, приведённой к угловой скорости вала электродвигателя. Передаточное число передачи электродвигателя к рабочей машине. Продолжительность пуска электродвигателя с нагрузкой. Потери энергии в асинхронном двигателе.

Угловая скорость вращения магнитного поля. Математическая модель асинхронного двигателя в форме Коши, а также блок-схема его прямого пуска с использованием Power System Blockset. Зависимость угловой скорости ротора от величины электромагнитного момента.

Основные этапы и правила сборки схемы управления двигателя при помощи реверсивного магнитного пускателя. Исследование порядка и принципов работы схемы данного двигателя с короткозамкнутым ротором при использовании реверсивного магнитного пускателя.

Назначение, устройство и принцип действия однофазного и трёхфазного трансформаторов, коэффициент трансформации, обозначение зажимов обмоток. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя, соединение обмоток статора. Устройство магнитных пускателей.

Обоснованный выбор типов и вариантов асинхронного двигателя. Пусковой момент механизма, определение установившейся скорости. Расчёт номинальных параметров и рабочего режима асинхронного двигателя. Параметры асинхронного двигателя пяти исполнений.

Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным. Расчеты параметров обмоток статора и ротора, характеристики двигателя в двигательном режиме и в режиме динамического торможения.

Пример расчета механических характеристик для исполнительного двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Указание на графиках области, соответствующей двигательному режиму работы, генераторному режиму и режиму электромагнитного тормоза.

Определение значений ряда характеристик вращения двигателя. Расчет величины токов переключения ступеней реостата. Графическое выражение электродинамических характеристик двигателя и значений скоростей вращения. Схема включения пусковых резисторов.

Методика расчета понижающего трансформатора с воздушным охлаждением с сердечником броневого типа. Выбор магнитного пускателя для электродвигателя, определение диаметра и сечения алюминиевого проводника. Выбор и обоснование пакетного выключателя.

Расчет электрических параметров однополупериодного выпрямителя с активным сопротивлением нагрузки при питании от источника синусоидального напряжения. Изображение механической характеристики двигателя пускового, максимального и номинального моментов.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( ns / n1) = 100% * (n1 — n2) / n1 , где ns частота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.


Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
  • высокой надёжностью в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные затраты;
  • долговечностью функционирования без обслуживания;
  • сравнительно высокими показателями КПД;
  • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

  • высокие пусковые токи;
  • чувствительность к перепадам напряжений;
  • низкие коэффициенты скольжений;
  • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
  • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Механика Основные характеристики трехфазных асинхронных двигателей

Физические процессы в асинхронном двигателœе во многом аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Между обмоткой статора и короткозамкнутой обмоткой ротора двигателя, как и между первичной и вторичной обмотками трансформатора, существует только магнитная связь. Энергия из обмотки статора передается в обмотку ротора через магнитное поле. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при изучении физических процессов в асинхронном двигателœе можно опираться на рассмотренную ранее теорию трансформаторов. При этом при этом следует учитывать существенные особенности:

1. Из-за наличия воздушного зазора сопротивление магнитной цепи асинхронной машины значительно больше, чем у трансформатора. По этой причине ее ток холостого хода (намагничивающий ток) I = (0,3…0,6) I, а у трансформатора: I ≤ 0,1 I. Здесь I – номинальный ток обмотки статора (первичной обмотки).

2. Самым существенным отличием асинхронной машины от трансформатора является вращение обмотки ротора относительно обмотки статора.

В остальном физические процессы, уравнения, векторные диаграммы, схемы замещения асинхронного двигателя и трансформатора подобраны. По аналогии с трансформаторами индексы “1” и “2” относятся соответственно к величинам или параметрам статора (первичная обмотка) и ротора (вторичная обмотка).

Полная математическая модель асинхронного двигателя с приведенными к статору параметрами для установившихся режимов работы имеет вид:

Эти уравнения аналогичны уравнениям приведенного трансформатора с активной нагрузкой, сопротивление которой

В случае если представить то очевидна полная идентичность уравнений асинхронного двигателя и трансформатора. Это позволяет сделать вывод о том, что электромагнитные процессы в асинхронном двигателœе, а также его рабочие характеристики подобны процессам и характеристикам трансформатора при активной нагрузке. Подобный вид имеют также векторные диаграммы и схемы замещения асинхронного двигателя и трансформатора.

Для определœения математической связи между вращающим электромагнитным моментом М и скольжением S используется Г-образная схема замещения асинхронного двигателя. В конечном итоге эта связь выражается достаточно сложной формулой:

где m1 – число обмотки статора;

Р1 – число полюсов обмотки статора;

U1 – действующее напряжение, подведенное к фазе обмотки статора;

r′2 – активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенное к статору;

r′1 – активное сопротивление фазы обмотки статора;

х1 – индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, обусловленное потоком рассеяния статора;

х′2 – приведенное индуктивное сопротивление роторной обмотки, обусловленное потоком рассеяния ротора;

– коэффициент, используемый при преобразовании Т-образной схемы замещения в Г-образную:

Механическая характеристика асинхронного двигателя. Зависимость электромагнитного момента от скольжения при постоянном действующем напряжении и частоте питающей сети представляет собой механическую характеристику асинхронного двигателя:

График механической характеристики (рис. 6) описывается формулой (6). В случае если в этой формуле принять всœе параметры машины постоянными, то электромагнитный момент будет зависеть только от скольжения.

Из графика видно, что асинхронная машина, как и большинство других электрических машин, может работать в трех режимах: — генератор электрической энергии; — электрический двигатель; — электромагнитный тормоз.

Проанализируем механическую характеристику асинхронного двигателя, начиная с момента пуска (S=1, n=0). При этом используем формулу (5) для скольжения: S = (n1 – n)/n1,

где n1 — частота вращения магнитного поля статора; n – частота вращения ротора.

На основании формулы (6) в момент пуска (ротор неподвижен) получим выражение для пускового момента:

Выражение для пускового тока получают из Г-образной схемы замещения:

Рис. 6. Механическая характеристика асинхронной машины:

Мс – статический момент сопротивления холостого хода (М) и нагрузки (М2); Мm – максимальный момент; Мп – пусковой момент; Мн – номинальный момент; Sн –номинальное скольжение; Sm – критическое скольжение

Характер поведения механической характеристики при изменении частоты вращения ротора можно объяснить следующим образом. Пусть электромагнитный момент развиваемый двигателœем при пуске превышает нагрузочный (внешний) момент. Тогда ротор двигателя придет во вращение с некоторым ускорением. При этом непрерывному увеличению скорости двигателя соответствует уменьшение его скольжения, а значит увеличения числителя и знаменателя выражения (6). При этом значительная величина индуктивных сопротивлений обмоток при пуске сдерживает рост знаменателя

и электромагнитный момент возрастает. После достижения определœенной величины скольжения (критического) начинает преобладать рост знаменателя и электромагнитный момент падает.

Для определœения максимального момента и критического скольжения крайне важно взять производную от выражения (8.3) по dS и приравнять ее к нулю. Откуда и получают упрощенные формулы:

Анализ выражении показывает, что в случае изменения величины активного сопротивления цепи ротора изменяется величина критического скольжения Sm при сохранении максимума электромагнитного момента͵ ᴛ.ᴇ. механическая характеристика сдвигается вправо.

При переходе в генераторный режим скольжение меняет свой знак на обратный, соответственно чему момент становится отрицательным, ᴛ.ᴇ. тормозным. Характер изменения кривой момента такой же, как и двигателя, номаксимум момента несколько больше.

Кривая электромагнитного момента в режиме электромагнитного тормоза представляет собой продолжение кривой момента двигателя.

Характерной особенностью асинхронной машины является то, что устойчивая работа ее возможна лишь при определœенной величины скольжения.

Под статическое устойчивостью машины понимают ее способность при весьма малых возмущениях продолжать работу в установившемся режиме.

На механические характеристики можно выделить область статической устойчивости, которая включает в себя скольжение от –Sm до +Sm. Область всœех остальных скольжении является областью статической неустойчивости.

Действительно, установившийся режим работы, характеризуется равновесием моментов, при постоянстве частоты вращения

где М — момент обусловлен потерями в роторе, момент холостого хода.

В случае нарушения моментов на ротор действует динамический момент вызывающий изменение частоты вращения асинхронной машины.

Рассмотрим поведение двигателя при скольжениях соответствующих точками 1 и 2 (рис. 7), когда МДст2 (установившийся режим работы).

При работе двигателя в т.1 случайное увеличение скольжения ведет к появлению динамического момента положительного знака.

В результате его ротор получает положительное ускорение ведущее к увеличению частоты вращения, а значит к восстановлению скольжения.

В тоже время при работы двигателя в т.1 увеличение скольжения создает отрицательную разность моментов, которая обуславливает дальнейшее уменьшение скорости вращения, до тех пор пока двигатель не остановится.

В случае если скольжение уменьшается, то появляющаяся положительная разность моментов вызывает дальнейшее уменьшение скольжения и двигатель переходит из точки 2 в точку 1.

Таким образом точка 1 является точкой устойчивого режима работы двигателя, а точка 2 — точкой неустойчивого режима работы. По этой причине критерий статической устойчивости следующий:

Важнейшей точкой механической характеристики асинхронного двигателя является рабочая точка (Мн, Sн), или точка номинального режима работы. По отношению к рабочей точке определяют некоторые эксплуатационные характеристики:

а) кратность максимального момента:

б) кратность пускового момента:

в) кратность пускового тока:

Кратность максимального момента характеризует перегрузочную способность асинхронного двигателя, так как максимальный момент Мm определяет максимально возможную нагрузку машины. По этой причине коэффициент km называют коэффициентом перегрузочной способности. Для авиационных асинхронных двигателœей km = 1,7…3,0.

Рабочие характеристика асинхронного двигателя.

Для характеристики рабочих свойств асинхронного двигателя используют зависимости

которые называют рабочими характеристиками (рис. 8). Здесь cos φ1 – коэффициент мощности двигателя; — коэффициент полезного действия; Р2 – полезная мощность на валу двигателя.

Рабочие характеристики определяют свойства двигателœей в пределах от холостого хода (Р2 = 0) до номинальной нагрузки (Р2 = Р2 ном).

Потери холостого хода ( ), вследствие незначительного изменения частоты вращения двигателя при нагрузках менее номинальной, можно считать постоянными. В режиме холостого хода они равны потребляемой мощности ( ).

Потери в меди изменяются по квадратичному закону ( ). При пуске двигателя, когда обороты равны нулю и работа не совершается вся потребляемая мощность двигателя тратится на покрытие потерь в меди ( ).

Полезная мощность в режимах холостого хода и короткого замыкания равна нулю (работа не совершается). С увеличением тока нагрузки она возрастает. После достижения номинальной нагрузки (Iн) полезная мощность падает, так как значительно растут потери в меди.

Рис. 8. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Потребляемая мощность (Р1), учитывая постоянство напряжения сети (Uс), изменяется по прямолинœейному закону, и как было показано выше, в режиме холостого хода она расходуется на покрытие потерь холостого хода, а в режиме пуска – на покрытие потерь в меди.

Зависимость .КПД в режиме холостого хода и при пуске равно нулю, так как работа не совершается. По мере увеличения мощности нагрузки, КПД возрастает и достигает максимального значения при равенстве потерь холостого хода (потери постоянные) потерям в меди (потери переменные, зависящие от тока якоря): .

Характеристика вида принято называть скоростной. Эта характеристика у асинхронных двигателœей с короткозамкнутой обмоткой ротора достаточно “жесткая” вследствие незначительного изменения частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до Р2 ном (4…8%). Это легко объясняется с помощью механической характеристики (рис. 6).

Моментная характеристика М = f (P2) имеет почти линœейную зависимость:

и в соответствии с формулой М = М + М2 начинается из точки М.

Зависимость почти аналогична моментной характеристике, но при увеличении нагрузки за счет потерь кривая отклоняется несколько вверх. Из энергетической диаграммы имеем

Допуская, что потери при холостом коде постоянны, а электрические потери в обмотках пропорциональна квадрату тока имеем зависимость близкую к квадратичной.

Зависимость аналогична такой же зависимости у трансформатора. Начинается кривая от значения . У асинхронных двигателœей , а при номинальной нагрузке и выше.

Асинхронный двигатель, также как и трансформатор, потребляет реактивный ток из сети, не завися от нагрузки. По этой причине его , При холостом ходе он обычно но превышает 0,2, но затем при возрастание нагрузки он довольно быстро растет, что объясняется увеличением активной составляющей тока статора, и достигает максимума при мощности близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки ведет к уменьшению частоты вращения двигателя и как следствие к увеличению индуктивного сопротивления.В результате этого и соответственно увеличиваются, а падает.

Читайте также

Физические процессы в асинхронном двигателе во многом аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Между обмоткой статора и короткозамкнутой обмоткой ротора двигателя, как и между первичной и вторичной обмотками трансформатора, существует только магнитная. [читать подробенее]

Асинхронный двигатель

Асинхронные двигатели представляют собой наиболее надежный и дешевый электрический двигатель по себестоимости, в сравнении с остальными электрическими машинами, в том числе и с машинами переменного тока.

Устройство асинхронного двигателя

Конструкция АД включает две главных основные части, это: неподвижный статор и вращающийся в нем – ротор. Между ними существует, разделяющий их воздушный зазор. И ротор, и статор имеют обмотку. Обмотка статора двигателя подключается к электрической сети переменного напряжения и считается первичной. Обмотка ротора считается вторичной, так получает электроэнергию от статора за счет создаваемого магнитного потока.

Корпус статора, который является одновременно корпусом всего электродвигателя, состоит из запрессованного в него сердечника, в его пазы укладываются, изолированные друг от друга электротехническим лаком, проводники обмотки. Его обмотка подразделяется на секции, соединяемые в катушки, составляющих фазы двигателя к которым подключены фазы электросети.

Конструкция ротора АД включает вал и сердечник, набранный из пластин электротехнической стали, с симметрично расположенными пазами для укладки проводников обмотки. Вал предназначен для передачи крутящего момента от вала двигателя к приводному механизму.

По конструктивным особенностям ротора, электродвигатели подразделяются на двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором.

Короткозамкнутый ротор состоит из алюминиевых стержней, которые расположены в сердечнике и замкнуты на торцах кольцами так называемое беличье колесо. В двигателях высокой мощности, до 400 кВт, пазы между пластинами ротора и шихтованным сердечником залиты алюминием под высоким давлением, благодаря чему создается повышенная прочность.

Фазный ротор АД включает некоторое число катушек от 3, 6, 9 и т. д., в зависимости от количества пар полюсов. Катушки сдвинуты на угол 120о, 60о и т. д. по отношению друг к другу. Количество пар полюсов ротора должны соответствовать количеству пар полюсов статора. Обмотки фазного ротора соединены в «звезду», концы, которой выводят к контактным токосъемным кольцам, соединенным с помощью щеточного механизма пусковым реостатом.

Принцип работы

При подаче на трехобмоточный статор двигателя трехфазного напряжения от электрической сети переменного тока, происходит возбуждение магнитного поля, оно вращается со скоростью большей, чем скорость, с которой вращается ротор, в (n2

На основании вышеприведенных признаков подразумеваются следующие режимы работы, всего их 9:

  • Продолжительный или длительный режим с постоянной нагрузкой– S1;
  • Кратковременный, с полной нагрузкой – в течение заданного времени – S2;
  • Периодический кратковременный – в течение определенного по времени чередующимися периодами с полной нагрузкой – S3;
  • Режим с длительным периодом пуска, с определенными циклами работы в течение заданного периода времени– S4;
  • С быстрым торможением при помощи электрического способа – S5;
  • С кратковременной полной величиной нагрузки, режим включает циклы с полной токовой нагрузкой и холостым ходом – S6;
  • Режим с торможением электрическим способом, в течение длительного непрерывного периода работы – S7;
  • С изменением величины токовой нагрузки и значения скорости вращения, происходящими одновременно, с различными по протяженности периодами и с разной частотой вращения двигателя – S8;
  • Изменение скорости вращения нагрузки, происходящее в неопределенные периоды времени, изменение величины токовой нагрузки и скорости вращения соответственно рабочему диапазону – S9.

Основные параметры – это: напряжение по номинальному пределу, частота, ток номинальный, мощность на валу двигателя, количество оборотов вращения вала, КПД (коэффициент полезного действия), коэффициент мощности. При соединении обмоток электродвигателя в треугольник или звезду дается параметр их напряжения и тока при обоих этих соединениях.

При пуске АД на полное значение напряжения создается высокий пусковой ток, в это время значение пускового момента невелико, для его увеличения применяется повышение активного сопротивления вторичной цепи.

Режимы торможения

Асинхронный двигатель имеет три режима торможения.

  • Во время торможения происходит отдача электрической энергии в сеть, характеризуется тем, что скорость вращения ротора выше скорости магнитного поля;
  • Противовключение, этот режим возникает за счет увеличения статического момента или при переключении обмоток статора для другого направления вращения;
  • Динамическое торможение, наведенная ЭДС создает ток, который взаимодействуя с полем, создает тормозной момент.

Основные типы асинхронных двигателей

Кроме подразделения по признаку, разделяющему двигатели в зависимости от устройства ротора на короткозамкнутый или фазный, электродвигатели делятся по конструктивным признакам, базового и модифицированного изготовления.

В базовое исполнение входят электродвигатели монтажного IM1001 (1081) или климатического УЗ, для работы в режиме S1 исполнения, с требуемыми стандартами по ГОСТ.

В модифицированном исполнении присутствуют некоторые конструктивные отличия, соответствующие особенностям монтажа, усиленной степени защиты, характерному климатическому исполнению, предназначенные для использования в определенном регионе.

Асинхронные двигатели высокой мощности со степенью защиты, характерной для закрытого электродвигателя от попадания влаги и брызг, IP23 — 4 А, 5 А.

Взрывозащищенные двигатели, используемые для предприятий первой категории по электробезопасности.

АД специального предназначения используются в узкоспециализированном профиле, например, для лифтов, подъемных механизмов, транспорта.

Энергоэффективные асинхронные электродвигатели

Изготовление двигателей для специальных и строго определенных условий эксплуатации положительно сказывается на энергосбережении, это позволяет адаптировать электродвигатель к определенному электроприводу, что позволяет достичь наибольшего коэффициента экономической эффективности при эксплуатации. Проектирование асинхронного электродвигателя к регулируемому электроприводу обеспечивает эффективное энергосбережение.

Энергоэффективность достигается за счет увеличения длины сердечника статора без изменения величины и геометрии поперечного сечения, а также за счет уменьшения количества витков статорной обмотки для электропривода с возможностью регулирования. В результате получается значительное энергосбережение.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Каждый электрик должен знать:  Как сделать паяльник своими руками из ручки, резистора
Добавить комментарий