Режим работы электрического двигателя

Т.к. сам ротор  вращается в том же направлении  с частотой n, то его поле вращается в пространстве с частотой nотн + n = (n1 — n) + n = n1, т.е. поле ротора вращается синхронно с полем статора. 

Т.о., вращающиеся  поля статора и ротора по отношению  друг к другу остаются неподвижными, что является характерным условием полной передачи энергии от статора  к ротору. Складываясь, вращающиеся  магнитные поля статора и ротора образуют рабочее вращающееся магнитное  поле асинхронного двигателя. Рабочее  вращающее поле в ас.дв. Служит таким же связующим звеном между обмотками статора и ротора, как и переменное магнитное поле в магнитопроводе трансформатора, передающее энергию от первичной к вторичной обмотке. 

В дальнейшем вместо термина рабочее вращающееся  магнитное поле будем пользоваться сокращенным — вращающееся магнитное  поле ас.дв. 

Различают несколько  режимов работы ас.дв.: нормальный режим, соответствующий номинальному скольжению ротора s=sном при номинальном напряжении U1=U1ном и токе I1=I1ном питающей сети; рабочий режим, при котором напряжение питающей сети близко к номинальному значению или равно ему, U1≈U1ном, а нагрузка двигателя определяется тормозным моментом на валу при скольжении s≤sном и токе I1=I1ном; режим пуска двигателя в ход, возникащий при подключении напряжения питающей сети и неподвижном роторе s=1. 

Режим работы всех фаз статора одинаковый. То же относится  к фазам ротора. Поэтому анализ работы ас.дв. можно вести для одной фазы, представив одну ее обмотку одним витком. 

6. Универсальная  характеристика Ас.М. 

Асинхронная машина, как и все электрические машины, обратима, т.е. в режиме двигателя  она может преобразовывать электрическую  энергию в механическую, а в  режиме генератора — механическую в электрическую. Чтобы перевести ас.м. из режима двигателя в режим генератора, необходимо при помощи внешней механической силы, приложенной к валу ас.м., сообщить ротору частоту вращения, превышающую синхронную, т.е. нужно чтобы выполнялось условие n>n1. Тогда ротор будет обгонять вращающееся магнитное поле, а провода его обмотки будут пересекать линии магнитного поля в направлении, обратном направлению пересечения при вращении в режиме двигателя. Вследствие этого направления ЭДС и токи в обмотке ротора изменяется на противоположные. В результате силы взаимодействия вращающегося поля и токов ротора также изменят свое направление на обратное и станут противодействовать вращению ротора. Мощность, развиваемая машиной, в таких случаях отрицательна, т.е. машина не потребляет энергию, а отдает ее в сеть. При таком режиме скольжение s=(n1-n)/n1<0. 

Отрицательное скольжение — характерный признак  работы ас.м. в режиме генератора. 

Асинхронный генератор (ас.г.) потребляет из сети индуктивный реактивный (намагничивающий) ток, как и двигатель, и поэтому нуждается в источнике реактивной мощности. Следовательно, ас.г. не может работать независимо.  

Преимуществом ас.г. является простота его устройства и обслуживания. 

Если при помощи внешней механической силы вращать  ротор против направления вращения магнитного поля машины, то в выражение  скольжения частота вращения ротора n войдет уже с отрицательным знаком, а в таких условиях скольжение s=(n1+n)/n1>1. 

В этих условиях направления тока в обмотке ротора не изменится, а, следовательно, ротор  будет развивать момент, противодействующий тормозному моменту, приложенному к  валу машины. Последняя будет получать механическую энергию, подводимую со стороны  вала, и электрическую энергию  из сети. Это будет режим электромагнитного  тормоза. 

Такой режим  применяется для быстрой остановки  двигателя или в случае применения ас.м. для торможения приводного механизма, например в крановых и подъемных устройствах при спуске грузов. 

7. Пуск ас.дв. в ход. 

Важное практическое значение асинхронных двигателей имеют  их пусковые свойства. Эти свойства в основном определяются следующими величинами: пусковым током Iпуск и начальным пусковым вращающим моментом Мвр.пуск, плавностью и экономичностью пускового процесса, длительностью пуска. 

v   Пуск ас.дв. с фазным ротором 

Пусковые условия  асинхронного двигателя с фазной обмоткой ротора можно существенно  улучшить ценой некоторого усложнения конструкции и обслуживания двигателя. 

Если в уравнении  вращающего момента положит s=1, то получим  выражение начального пускового  момента, т.е. момента, развиваемого двигателем при трогании с места: 

(6) 

Если нужно, чтобы  Мвр.пуск= Мвр.max т.е. чтобы при пуске двигатель развивал максимальный момент, то активное сопротивление фазной обмотки ротора должно быть 
 

(7) 

Т.к. активное сопротивление  фазной обмотки ротора относительно мало, то для получения максимального  начального пускового момента необходимо в цепь ротора включить пусковой реостат  с сопротивлением фазы  

В этом случае зависимость  Мвр(s) ас.дв. будет иметь максимум при s=1 рис  
 

Как только ротор  начинает вращаться, уменьшается скольжение, а в месте с ним ЭДС и ток ротора, вследствие чего уменьшается вращающий момент. Чтобы двигатель продолжал развивать вращающий момент, близкий к максимальному, сопротивление пускового реостата нужно постепенно уменьшать. Наконец когда двигатель достигает номинальной частоты вращения, пусковой реостат замыкают накоротко. 

Для уменьшения механических потерь и износа колец  и щеток двигатели снабжаются иногда приспособлением для подъема  щеток и замыкания колец накоротко. 

Чем больше должен быть пусковой момент, чем ближе  он к максимальному моменту, тем  больше будет и пусковой ток. По этой причине лишь для особо тяжелых  условий пуска реостат подбирается  так, чтобы пусковой момент был равен  максимальному. 

Чтобы КАЗАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ 

УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра электротехники 

Реферат на тему: 
 

Выполнил: 

ст. гр. 5141-4 

Тухбатов И.М. 

Проверил: 

Миляшов А.Н. 

Казань 2005 г. 

Содержание 

1.Общие сведения………………………………………………………………………………..3 

2.Устройство  трехфазной асинхронной машины……………………………………….……..3 

3.Режим работы  трехфазной асинхронной машины…………………………………………..4 

4.Вращающееся  магнитное поле статора асинхронного  двигателя…………………………..5 

5.Вращающееся  магнитное поле ротора и рабочее  вращающее магнитное поле Ас.М…….6 

6.Универсальная  характеристика Ас.М……………………………………………….……......7 

7.Пуск ас.дв. в ход……………………………………………………………………….………8 

8.Методы регулирования  частоты вращения Ас.Дв..................................................................9 

1. Общие сведения. 

Из числа различных  видов современных электрических  машин самой распространенной в  наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асинхронная машина (Ас.М.)— это машина, в которой при работе возбуждаются вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Она была изобретена М.О.Доливо-Добровольским в 1888 г., но до настоящего времени сохранила в основном ту простую форму, которую ей придал талантливый русский изобретатель. Ас.М. состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещённых на общем сердечнике, и помещённой между ними четвертой, вращающейся катушки. 

Ас.М. малой мощности часто выполняются однофазными для устройств, питающихся от двухпроводной сети. Такие машины находят широкое применение в бытовой технике. 

Общий недостаток Ас.М. — это относительная сложность и неэкономичность регулирования их режимов работы.  

2. Устройство  трехфазной асинхронной машины. 
 

Трехфазная Ас.М. состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. 

v  Конструкция статора. Статор Ас.М. представляет собой полый цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака (рис.1). В пазах на внутренней стороне статора размещаются три фазные обмотки. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. 

 Фазные обмотки  соединяются между собой звездой  или треугольником и подключаются  к трехфазной сети. Токи в фазных  обмотках возбуждают в машине  вращающееся магнитное поле статора  с числом пар полюсов p, равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Это достигается взаимным расположением фазных обмоток, при котором их катушечные группы сдвинуты по окружности статора относительно катушечных групп соседней фазной обмотки на угол 120°/ p. 

Для укладки  многовитковой катушечной группы в  пазах статора ее разделяют на q последовательно соединенных секций по wc витков в каждой секции. Возможны секции с одинаковым и неодинаковым шагом намотки y. В первом случае стороны каңдой секөии сдвинуты по окруңности статора на угол 180°/ p, что соответствует одному полюсному делению y=τ,т.е. длине окружности статора, приходящейся на один полюс. Во втором случае секции катушечной группы вложены друг в друга, т.е. их шаг намотки τ<y< τ. 

Распределение фазных обмоток по нескольким пазам  не только улучшает использование цилиндрической конструкции статора, но и обуславливает  необходимое распределение магнитного поля в воздушном зазоре между  статором и ротором. 

Сердечник статора  изготавливается с открытыми  или полуоткрытыми пазами, применение полуоткрытых пазов уменьшает магнитное  сопротивление и, следовательно, намагничивающий  ток. При открытых пазах упрощается укладка секций и повышается надежность изоляции. 

v  Конструкция ротора. Ас.М. в основном различаются устройством ротора. Ротор Ас.М. представляет собой цилиндрический сердечник (рис.2), собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный на подшипниках. В пазах ротора располагаются витки обмотки ротора. 

В большинстве  двигателей применяется короткозамкнутый ротор. Он значительно дешевле, и, что  очень существенно, обслуживание короткозамкнутым ротором значительно проще. Обмотка  короткозамкнутого ротора выполняется  в виде цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, которые  без изоляции вставляются в пазы сердечника. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (т.н. «беличье колесо»). Часто короткозамкнутая обмотка изготовляется путем  заливки пазов ротора расплавленным  алюминием. 

Обмотка фазного  ротора, называемого также ротором  с контактными кольцами, выполняется  изолированным проводом. В большинстве  случаев она трехфазная, с тем  же числом катушек, что и обмотка  статора данного двигателя. Три фазные обмотки ротора соединяются на самом роторе звездой, а свободные концы их соединяются с тремя контактными кольцами, укрепленными на валу машины, но изолированными от этого вала. На кольца наложены щетки, установленные на неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки обмотка ротора присоединена к трехфазному реостату (рис.3). Включение реостата в цепь ротора дает возможность существенно улучшить условия пуска двигателя — уменьшить пусковой ток и увеличить начальный вращающий момент, кроме того, при помощи реостата, включенного в цепь ротора, можно плавно регулировать скорость двигателя. 

На рисунке 4 приведены условные обозначения  Ас.М. с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором на схемах замещения. 

3. Режим работы  трехфазной асинхронной машины. 
 

Режим работы трехфазной Ас.М. определяется электромагнитным взаимодействием токов в обмотках статора и ротора. 

Взаимодействие  вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора, с токами ротора вынуждает ротор вращаться  по направлению вращения поля. Но чем  быстрее вращается ротор, тем  меньше индуктируемые в его обмотке  ЭДС, а, следовательно, и токи. Если частота  вращения поля n1, а частота вращения ротора n, то режим работы Ас.М. можно характеризовать скольжением  

На рисунке 5 построена линейная характеристика n(s) по (1). В зависимости от значения скольжения s трехфазная Ас.М. может работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза. 

В режиме двигателя (0< s <1) трехфазная Ас.М. преобразует электрическую энергию в механическую. Ротор двигателя должен вращаться асинхронно медленнее поля, с такой частотой, при которой токи в обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создаваемым токами в обмотках статора, создают вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент от сил трения и нагрузки на валу.