Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя: Трехфазный асинхронный двигатель

Содержание

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Неподвижная часть асинхронного двигателя – статор имеет трехфазную обмотку, при включении которой в сеть возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля

n1=f1∙60/p.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя – ротор, который состоит из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора состоит из стержней, уложенных в пазы сердечника и замкнутых с двух сторон кольцами.

Вращающееся поле статора пересекает проводники (стержни) обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Но так как обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы Fпр, направление которых определяется по правилу «левой руки». Силы Fпр стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил Fпр, приложенных к отдельным проводникам, создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение со скоростью n

2. Вращение ротора через вал передается исполнительному механизму.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую.

Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора, зависит от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. При необходимости изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя следует поменять местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Например, порядок следования фаз АВС заменить порядком СВА. Скорость вращения ротора n2 асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля n

1, так как только в этом случае возможно наведение э.д.с. в обмотке ротора. Разность скоростей ротора и вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой скольжением,

s=(n1 — n2)/n1.

Часто скольжение выражается в процентах:

s=[(n1 — n2)/n1]∙100.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в пределах от 0 до 1. При этом s≈0 соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя не испытывает противодействующих моментов, а s≈1 соответствует режиму короткого замыкания, когда противодействующий момент двигателя превышает вращающий момент и поэтому ротор двигателя неподвижен (n

2=0).

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Так, например, для двигателей нормального исполнения мощностью от 1 до 1000 кВт номинальное скольжение приблизительно составляет соответственно 0,06-0,01, т.е. 6-1%.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя равна

n2=(1-s)∙n1.

На щитке двигателя указывается номинальная скорость вращения nн. Эта величина дает возможность определить синхронную скорость вращения n1, номинальное скольжение sн, а также число полюсов обмотки статора 2р.

Источник: Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. — М.: 1971, с. 288-290.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигателем называется электрическая машина, функциональным назначением которой является преобразование энергии электрической в энергию механическую. Существует несколько типов электродвигателей постоянного или переменного тока.

Одним из наиболее распространенных типов электродвигателей, нашедших свое применение в производственных условиях различного назначения, является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Отличительными особенностями данного типа электродвигателей является отсутствие скользящих контактов, простота и надежность конструкции, легкость технического обслуживания.

Основной функциональный узел трехфазного асинхронного двигателя включает в себя две составные части: статор и короткозамкнутый ротор. Конструктивно статор и ротор представляют собой пакеты пластин, выполненных из специальной электротехнической стали.

Сердечник статора имеет трехфазную обмотку, уложенную и закрепленную в специальных пазах. Фазы обмотки статора соединены по типу «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения и особенностей питающей сети.

Сердечник ротора и его обмотка не изолированы друг от друга. Обмотка ротора и вентиляционные лопатки представляют собой слитную конструкцию, выполненную из сплава алюминия или полностью алюминиевую. Стержневые выводы обмотки ротора накоротко замкнуты надетыми на них кольцами и образуют конструкцию, называемую «беличьей клеткой».

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на использовании закона электромагнитной индукции. Сердечник статора с трехфазной обмоткой создает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают короткозамкнутые стержневые выводы обмотки ротора. Электродвижущая сила, наведенная в роторе, способствует протеканию переменного тока в его обмотке.

Переменный ток, протекающий в обмотке ротора, создаёт вокруг него магнитное поле, силовые линии которого пересекаются с магнитным полем сердечника статора. Взаимодействующие магнитные поля приводят в движение ротор, который начинает вращаться в направлении магнитного поля статора.

Двигатель назван асинхронным из-за частоты вращения ротора, которая имеет несколько меньшую величину, чем синхронная частота вращения магнитного поля статора и считается асинхронной.

Конструкция асинхронных трехфазных двигателей достаточно проста и надежна в эксплуатации, что позволяет оборудовать ими технические устройства различного назначения. Асинхронные трехфазные двигатели приводят в движение многие виды производственного оборудования и вспомогательных механизмов.

Трехфазными асинхронными двигателями оснащены станки металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности, насосное и конвейерное оборудование, строительная техника, многие виды вспомогательных технических устройств.

Трехфазные асинхронные двигатели надежны и не теряют работоспособности в условиях значительных кратковременных перегрузок.

Асинхронные двигатели, наиболее пригодны, для изготовления в герметическом исполнении. Такие двигатели могут эксплуатироваться даже в очень тяжелых специфических условиях.

Простая и надежная конструкция трехфазных асинхронных электродвигателей обуславливает их повсеместное использование в различных сферах производства. Данный тип двигателей нашел широкое применение в технологическом оборудовании для строительной, судостроительной, автомобилестроительной и многих других отраслей.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.


Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором



Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об./мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:

S=(n0-n)/n0,где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора. В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока. Если нагрузка на валу двигателя отсутствует, частота вращения поля ротора n, стремиться достичь частоты вращения поля ротора, но никогда не достигает ее, так как если n0-n=0, то и электромагнитный момент двигателя М будет равен 0. В паспорте и на шильдике асинхронного электродвигателя производитель указывает номинальную частота вращения двигателя, замеряемую при номинальной мощности. При увеличении нагрузки на валу двигателя, частота вращения двигателя уменьшается, а ток статора увеличивается. Асинхронные двигатели могут изготовляться с 1,2,3 ,4,5,6 парами полюсов. Соответственно синхронная скорость вращения асинхронного двигателя соответственно будет составлять 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин. На смену классической конструкции асинхронного двигателя приходят энергоэффективные конструкции асинхронных двигателей обладающие более высоким КПД и технико-экономическими показателями. Применение частотно-регулируемого привода в тандеме с энергоэффективными двигателями, позволит существенно улучшить энергетические показатели и снизить затраты на электроэнергию.



16Пуск в ход трехфазный АД с фазным ротором

Рис. 1. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором: а — графики зависимости вращающего момента двигателя с фазным ротором от скольжения при различных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора. Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного двигателя с замкнутыми накоротко контактными кольцами, начальный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а начальный пусковой ток Iп = (4,5 — 7) Iном и более. Малый начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором может оказаться недостаточным для приведения в действие производственного агрегата и последующего его ускорения, а значительный пусковой ток вызовет повышенный нагрев обмоток двигателя, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к нежелательному для работы других приемников временному понижению напряжения. Эти обстоятельства могут явиться причиной, исключающей использование асинхронных двигателей с фазным ротором с большим пусковым током для привода рабочих механизмов. Введение в цепь ротора двигателя регулируемых резисторов, называемых пусковыми, не только снижает начальный пусковой ток, но одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального момента Mmax (рис. 1, а, кривая 3), если критическое скольжение двигателя с фазным ротором sкр = (R2′ + Rд’) / (Х1 + Х2′) = 1, где Rд’ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора двигателя, приведенное к фазе обмотки статора. Дальнейшее увеличение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, так как оно приводит к ослаблению начального пускового момента и выходу точки максимального момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора. Необходимое активное сопротивление резисторов для пуска двигателя с фазным ротором определяют, исходя из требований пуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) Mном, нормальным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и тяжелым при Мп ≥ Мном.

 

17 Тормозные режимы работы асинхронного двигателя

 

  Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамическом. Рекуперативное торможение асинхронного двигателя Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора асинхронного двигателя превышает синхронную. Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.). При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случаеасинхронный двигатель отдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного двигателя с высокой на низкую скорость, как показано на рис. 1 а. Рис. 1. Торможение асинхронного двигателя в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1. При увеличении числа пар полюсов двигатель переходит на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть. Этот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты – двигатель при останове асинхронного двигателя или при переходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем самым синхронной скорости ωо = 2πf / p. В силу механической инерции текущая скорость двигателя ω будет изменяться медленнее чем синхронная скорость ωо, и будет постоянно превышать скорость магнитного поля. За счет этого и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машин при спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 2 рис. 1 б). После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью –ωуст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть. Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения.   Торможение асинхронного электродвигателя противовключением Перевод асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего электродвигатель напряжения. Допустим, что двигатель работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) он переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением. Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении скольжение асинхронного двигателя изменяется от S = 2 до S = 1. Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему. При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя. О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно используемой энергии в данном случае нет. Короткозамкнутые двигатели кратковременно перегружаются по току. Правда, у них при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и увеличению момента. С целью увеличения эффективности торможения двигателей с фазным ротором в цепи их роторов вводят добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и увеличить момент. Другой путь торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки, который создается, например, на валу двигателя грузоподъемного механизма. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью асинхронного двигателя. Для этого двигатель путем включения в цепь ротора добавочного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (прямая 3 на рис. 1). Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп двигателя и его активного характера груз может опускаться с установившейся скоростью –ωуст2. В этом режиме торможение скольжения асинхронного двигателя может изменяться от S = 1 до S = 2. Динамическое торможение асинхронного двигателя Для динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением R2д. Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б) Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора. На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной. Для проведения анализа работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения заменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не постоянным током Iп, а некоторым эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и постоянный ток. Электромеханическая и механические характеристики представлены на рис. 3. Рис. 3. Электромеханическая и механические характеристики асинхронного двигателя Характеристика расположена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. Механические характеристики двигателя расположены во втором квадранте II. Различные искусственные характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2д добавочных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора или постоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора. Варьируя значения R2д и Iп, можно получить желаемый вид механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения и, тем самым, соответствующую интенсивность торможения асинхронного электропривода.

 

 

18 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

 


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:


©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (747)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку…

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы


Устройство трехфазного асинхронного двигателя | Электротехника

Устройство статора. Асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из статора и ротора (рис. 3.1, а). Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из корпуса /, сердечника 2 и обмотки 3. Корпус литой, в большинстве случаев стальной или чугунный.  Сердечник статора собирается из тонких листов электротехнической стали (рис. 3.1,б).

Листы для машин малой мощности ничем  не покрываются, так как образующийся на листах оксидный слой является достаточной изоляцией. Собранные листы стали образуют пакет статора, который запрессовывается в корпус статора. На внутренней поверхности сердечника вырубаются пазы, в которые укладывается обмотка статора. Обмотки статора могут соединяться звездой или треугольником. Для осуществления таких соединений на корпусе двигателя имеется коробка, в которую выведены начала фаз С1, С2, СЗ и концы фаз С4, С5, С6. На рис. 3.2, а—в показаны схемы расположения этих выводов и способы соединения их между собой при соединении фаз звездой и треугольником. Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Например,  в паспорте двигателя указано 380/220. Первое число соответствует схеме соединения обмоток в звезду при линейном напряжении в сети 380 В, а второе — схеме соединения в треугольник при линейном напряжении сети 220 В. В обоих случаях напряжение на фазе обмотки будет 220 В.

Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессованы подшипники вала ротора.

Устройство ротора. Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала 4 (рис. 3.1, а), на который напрессован сердечник 5, выполненный, как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали с выштампованными в них закрытыми или полузакрытыми пазами. Обмотка ротора бывает двух типов: короткозамкнутая и фазная – соответственно роторы называются короткозамкнутыми и фазными.

Большее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором, так как они дешевле и проще в изготовлении и в эксплуатации. Токопроводящая часть такого ротора, названного М. О. Доливо-Добровольским ротором с беличьей клеткой, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов (рис. 3.3). Как правило, беличья клетка формируется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Фазный ротор (рис.3.4) имеет три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток подсоединены к кольцам 2, закрепленным на валу 3. К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки 4, которые подсоединяются к реостату 5.

Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор изготовлен в виде полого стального цилиндраcпазами на внутренней стороне. Впазах статора расположена 3-х фазная обмотка (несколько токовых катушек с осями под углом α =120° /р, гдеpчисло пар катушек- полюсов). Обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое “беличье колесо”). [ Касаткин, Электротехника, стр. 419]

Рисунок фото стр. 415 Пантюшин

Принцип действия АД – основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора, индуцирует в них ЭДС, согласно закону ЭМИ. В замкнутом проводнике ротора возникает ток Iр. На проводник с током, помещенный в магнитное поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент M=FD, где D-диаметр ротора.

Ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля с частотой n2 несколько меньшей n1. Степень отставания характеризуется параметром скольжение S . S =n1-n2/n1. Под действием нагрузки скорость вращения ротора уменьшается.

Вопрос2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Ответ2:

Достоинства:

а)простота конструкции и обслуживания,

б) низкая стоимость,

в) надежность в эксплуатации, экономичность,

г) легко осуществлять реверс,

д) возможность использования во взрывоопасных производствах. ( нет искрения).

Недостатки:

а)Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети.,

б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный в 6-8 раз,

в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики.

Вопрос3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.

Ответ3: Принцип получения вращающегося магнитного поля.

Если подключить катушки статора АХ,ВY,CZ ( рис 6-3а ) к 3-х фазному напряжению, то ток в каждой из катушек будет изменяться в соответствии с временной диаграммой изменения 3-х фазного напряжения (рис 6-3б) , соответственно магнитное поле создаваемое этими токами будет изменяться аналогичным образом. В каждый момент времени магнитные поля каждой из катушек суммируются и дают результирующее поле. Рассмотрим процесс получения результирующего поля в моменты времени когда токи в фазах А, В и С максимальны и положительны ( интервал времени составит одну треть периода Т/3) .

Пусть в момент времени t1 ток катушки АХ IA положительный и поле этой катушки направлено вдоль оси этой катушки. В это же время токи катушек фаз В и С отрицательны и их магнитные поля направлены противоположно их осям. Оси катушек расположены под углом 120°. Сумма 3х-полей дает магнитное поле направленное вдоль оси катушки АХ. (рис 6-4a)

Аналогичные рассуждения в моменты времени t2=t1+T/3 и t3=t3+T/3 дают результирующие поля вдоль осей BY второй катушки и CZ третьей катушки соответственно. Через время равное периоду Т вектор магнитного поля вновь будет расположен вдоль оси АХ первой катушки. Таким образом, мы получили вращающееся магнитное поле. В каждый момент времени поле направлено перпендикулярно продольной оси статора.

Часть магнитного поля статора выходит из статора и замыкается по воздуху. Это поля рассеяния. Они не участвуют в процессе передачи энергии от статора к ротору.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. — КиберПедия

Трехфазный асинхронный двигатель, схематично показан на рис. 3, — это двухполюсный двигатель с короткозамкнутым ротором.

При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотке в его магнитной системе, как уже отмечалось выше, возникает вращающееся магнитное поле с полюсами N0 – S0, эквивалентное полю постоянного магнита.

Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем вращать по часовой стрелке (рис. 3, а), а короткозамкнутым витком (рис. 3, б), закрепленным на осях с возможностью вращения.

 

Рис. 3. Конструктивная схема трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

1 – сердечник статора; 2 – обмотка статора; 3 – короткозамыкающее кольцо обмотки ротора; 4 – рабочие стержни обмотки ротора; 5 – вал; 6 — сердечник

 

Рис. 4. Условное обозначение асинхронного двигателя для объяснения принципа действия: а – вид спереди; б – вид сбоку

В момент запуска двигателя, когда ротор (изображаемый короткозамкнутым витком) неподвижен, а внешнее магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить, используя правило правой руки.

Напомним его: «Если правую руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника относительно магнитного поля, то вытянутые четыре пальца покажут направление наведенной ЭДС».

Обратим внимание на то, что в данном случае относительно движущегося по часовой стрелке магнитного поля проводник (будучи пока неподвижным) как бы перемещается в противоположном направлении. Поэтому, согласно правилу правой руки, в верхней части витка ЭДС будет направлен к нам, а в нижней части витка – от нас.

Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет электрический ток, практический совпадающий по фазе с ЭДС.

Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки:

«Если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца показывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление выталкивающей силы, действующей на проводник».

Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник выталкивается из поля вправо, а нижний – влево т.е. электромагнитные силы, приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.

Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор, превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в направлении вращения магнитного поля двигателя.

По мере возрастания частоты вращения n1 относительная разность частот n1-n2 сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение вращающего момента.

Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частот вращения ротора прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом (моментом сопротивления) создаваемым производственным механизмом, который приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет вращаться с постоянной частотой n2, в короткозамкнутых контурах его обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающего момента, равному моменту тормозному.

Таким образом, принципом работы асинхронных двигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Очевидно, что возникновение токов в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии разности частот вращения магнитного поля статора n1 и ротора n (n1— n) должно быть больше 0.

Для примера определим, что же произойдет, если частота вращения ротора n2 сравниться с частотой вращения магнитного поля статора n1 (n1=n).

Магнитное поле статора и ротор будут в этом случае неподвижны относительно друг друга. Силовые линии магнитного поля статора не будут пересекать обмотку ротора, следовательно, в ней не будет наводиться ЭДС, не появится ток, не будет и выталкивающей силы.

Ротор несколько притормозится, но как только возникает разность частот вращения n1— n, вновь в обмотке ротора наведется ЭДС, появится ток и начнут действовать выталкивающая сила и электромагнитный момент.

Таким образом, ротор вращаться с синхронной частотой n1 в естественных условиях не может.

Отсюда следует важный вывод о том, что магнитное поле статора и ротор АД вращаются в пространстве в одном направлении, но с разной частотой: частота вращения ротора двигателя n2 всегда меньше частоты вращения n1 магнитного поля статора. С этим связано, кстати, и название машины: асинхронный двигатель.

При анализе работы асинхронных машин пользуются безразмерным параметром S, называемым скольжением и определяемым разностью частот вращения магнитного поля статора n1 и ротора n выраженной в относительных единицах (отнесенной к n1):

Это выражение часто записывают следующим образом: n = n1(1 – S).

В соответствии с этим соотношением зависимость частоты вращения ротора n от скольжения при заданной n1 графически выражается прямой, построенной в двух граничных режимах при запуске двигателя n = 0, т.е. скольжение S = 1, а при n = n1 (так называемый идеальный холостой ход) S = 0 (рис. 2.100). Следовательно, режим двигателя характеризуется скольжением, изменяющимся от 1 до 0.

Номинальное же скольжение Sн современных машин общепромышленного исполнения Sн = 1-3%. Например, при n1 = 3000 об/мин и S = 1% ротор будет вращаться с

частотой, всего на 30 об/мин меньше, чем n1 (n = 2970 об/мин).

Рис. 5. График зависимости частоты вращения ротора трехфазного

асинхронного двигателя от скольжения

 

Лабораторная работа №9

Трехфазный асинхронный двигатель

: конструкция и принцип работы

Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями в отрасли. Они работают по принципу электромагнитной индукции.

Из-за схожести принципа действия трансформатора он также известен как вращающийся трансформатор .

Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко приспособить для управления скоростью .

Обычно мы предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Давайте разберемся в конструкции трехфазного асинхронного двигателя, прежде чем изучать принцип работы.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор. Статор имеет 3-фазную обмотку (называемую обмоткой статора), в то время как ротор имеет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора).

От трехфазной сети питается только обмотка статора. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора, находящейся под внешним напряжением, через электромагнитную индукцию , отсюда и название.

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей

  1. Статор
  2. Ротор

Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором , который составляет от 0,4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности мотора.

1. Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор состоит из стального каркаса, в котором заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи.

На внутренней периферии пластин имеется ряд равномерно расположенных прорезей. Изолированные проводники соединены в сбалансированную трехфазную цепь, соединенную звездой или треугольником.

Наружная рама и статор трехфазного асинхронного двигателя

Обмотка трехфазного статора намотана на определенное количество полюсов в соответствии с требованиями скорости.Чем больше число полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот.

Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

2. Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии. Обмотка, помещенная в эти пазы (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

  1. Тип с короткозамкнутым ротором
  2. Тип ротора с обмоткой

Принцип работы Трехфазный асинхронный двигатель

Для объяснения принципа работы трехфазный асинхронный двигатель, рассмотрите часть трехфазного асинхронного двигателя, как показано на рисунке.

Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции.

Когда трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя питается от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле , которое вращается вокруг статора с синхронной скоростью (N с ).

Доля вращающегося магнитного поля в трехфазном асинхронном двигателе

Синхронная скорость,

Н с = 120 f / P

Где,

f = частота

P = Количество полюсов

( Подробнее о вращающемся магнитном поле читайте в разделе «Создание вращающегося магнитного поля»).

Это вращающееся поле проходит через воздушный зазор и разрезает проводники ротора, которые неподвижны.

ЭДС индуцируется в каждом проводнике ротора из-за относительной скорости между вращающимся магнитным потоком и неподвижным ротором. Поскольку цепь ротора замкнута накоротко, в проводниках ротора начинают течь токи.

Токоведущие проводники ротора помещаются в магнитное поле, создаваемое статором. Следовательно, на проводники ротора действует механическая сила .Сумма механических сил на всех проводниках ротора создает крутящий момент , который стремится перемещать ротор в том же направлении, что и вращающееся поле.

Тот факт, что ротор вынужден следовать за полем статора (т. Е. Ротор движется в направлении поля статора), можно объяснить законом Ленца .

Согласно закону Ленца направление токов ротора будет таким, что они будут противодействовать причине их возникновения.

Итак, причиной возникновения токов ротора является относительная скорость между вращающимся полем и неподвижными проводниками ротора.

Следовательно, чтобы уменьшить эту относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и поле статора, и пытается его поймать. Так начинает работать трехфазный асинхронный двигатель.

Проскальзывание в асинхронном двигателе

Выше мы видели, что ротор быстро ускоряется в направлении вращающегося магнитного поля.

На практике ротор никогда не может достичь скорости магнитного потока статора. Если бы это было так, не было бы относительной скорости между полем статора и проводниками ротора, не было бы индуцированных токов ротора и, следовательно, не было бы крутящего момента для вращения ротора.

Трение и парусность немедленно вызывают замедление ротора. Следовательно, частота вращения ротора (N) всегда меньше, чем частота вращения статора (N s ). Эта разница в скорости зависит от нагрузки на двигатель.

Разница между синхронной скоростью N с поля вращающегося статора и фактической скоростью N ротора в трехфазном асинхронном двигателе называется скольжением .

Скольжение обычно выражается в процентах от синхронной скорости i.е.,

Скольжение, s = (N с — N) / N с × 100%

Величину N с — N иногда называют , скорость скольжения .

Когда ротор неподвижен (т. Е. N = 0), скольжение, s = 1 или 100%.

В асинхронном двигателе изменение скольжения от холостого хода до полной нагрузки вряд ли составляет от 0,1% до 3% , так что это, по сути, двигатель с постоянной скоростью .

Видео: Работа трехфазного асинхронного двигателя

Видео от learnengineering показывает работу трехфазных асинхронных двигателей в анимированной форме.

Описание и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. В случае работы от трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее широко используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель , так как этот тип двигателя не требует дополнительного пускового устройства. Эти типы двигателей известны как асинхронные двигатели с самозапуском.

Чтобы получить хорошее представление о принципе работы трехфазного асинхронного двигателя, важно понимать конструкцию трехфазного асинхронного двигателя.Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор Трехфазного асинхронного двигателя состоит из нескольких пазов для создания трехфазной цепи обмотки, которую мы соединяем с трехфазной. Источник переменного тока. Трехфазную обмотку расположим в пазах так, чтобы они создавали одно вращающееся магнитное поле, когда мы включаем источник трехфазного переменного тока.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, по которым могут проходить проводники.Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, вставленные в каждую прорезь и закороченные концевыми кольцами. Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного скошены, потому что такое расположение снижает магнитный гудение и позволяет избежать остановки двигателя.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Создание вращающегося магнитного поля

Статор двигателя состоит из перекрывающейся обмотки, смещенной на электрический угол 120 o .Когда мы подключаем первичную обмотку или статор к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Секреты вращения:
Согласно закону Фарадея ЭДС, индуцированная в любой цепи, происходит из-за скорости изменения магнитной индукционной связи в цепи . Поскольку обмотка ротора в асинхронном двигателе либо замкнута через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочена концевым кольцом и сокращает вращающееся магнитное поле статора, в медном стержне ротора индуцируется ЭДС, и из-за этой ЭДС через ротор течет ток. дирижер.

Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, согласно закону Ленца, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость.

Таким образом, исходя из принципа работы трехфазного асинхронного двигателя , можно заметить, что скорость ротора не должна достигать синхронной скорости, создаваемой статором. Если скорости станут равными, такой относительной скорости не будет, поэтому в роторе не будет индуцированной ЭДС, не будет протекать ток и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент.Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением. Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель :

  • Самозапускающийся.
  • Меньшая реакция якоря и искрение щеток из-за отсутствия коммутаторов и щеток, которые могут вызвать искры.
  • Прочная конструкция.
  • Экономичный.
  • Легче в обслуживании.

Видео — Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Работа трехфазного асинхронного двигателя и его управление с помощью svpwm

Некоторые из преимуществ, такие как низкая стоимость, прочная конструкция, менее сложная и простая в обслуживании двигатели переменного тока, приводят к тому, что многие промышленные операции выполняются с использованием приводов переменного тока, а не приводов постоянного тока. Асинхронный двигатель переменного тока — это особый тип электродвигателя, имеющий свои типовые характеристики и характеристики с точки зрения запуска, регулирования скорости, защиты и т. Д.


Асинхронный двигатель переменного тока

Благодаря своим характеристикам в широком диапазоне приложений на трехфазные асинхронные двигатели приходится 85 процентов установленной мощности промышленных приводных систем. Давайте обсудим основную информацию об этом двигателе и его специальной технике управления SVPWM.

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока представляет собой вращающуюся электрическую машину, предназначенную для работы от трехфазного источника питания. Этот трехфазный двигатель также называют асинхронным двигателем.Эти двигатели переменного тока бывают двух типов: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом. Принцип действия этого двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Эти трехфазные двигатели состоят из статора и ротора, между которыми отсутствует электрическое соединение. Эти статор и роторы сконструированы с использованием материалов сердечника с сильным магнитным полем, чтобы уменьшить гистерезис и потери на вихревые токи.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Рама статора может быть изготовлена ​​из чугуна, алюминия или стального проката.Рама статора обеспечивает необходимую механическую защиту и опору для многослойного сердечника статора, обмоток и других устройств вентиляции. Статор имеет трехфазные обмотки, которые перекрываются друг с другом с фазовым сдвигом 120 градусов, вставленные в щелевые пластины. Шесть концов трех обмоток выведены и подключены к клеммной коробке, так что эти обмотки возбуждаются трехфазным сетевым питанием.

Эти обмотки изготовлены из медного провода, изолированного лаком и помещенного в изолированные ламели с прорезями.При всех рабочих температурах лак с пропиткой остается жестким. Эти обмотки обладают высоким сопротивлением изоляции и высокой устойчивостью к соленой атмосфере, влаге, щелочным парам, маслам, жирам и т. Д. В зависимости от уровня напряжения эти обмотки подключаются по схеме звезды или треугольника.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор трехфазного асинхронного двигателя переменного тока отличается для асинхронных двигателей с контактным кольцом и с короткозамкнутым ротором. Ротор с контактным кольцом состоит из тяжелых алюминиевых или медных стержней, закороченных на обоих концах цилиндрического ротора.Вал асинхронного двигателя поддерживается двумя подшипниками на каждом конце, чтобы обеспечить свободное вращение внутри статора и уменьшить трение. Он состоит из стопки стальных пластин, равномерно расположенных пазов, пробитых по его окружности, в которые помещаются неизолированные тяжелые алюминиевые или медные шины.

Ротор с контактным кольцом состоит из трехфазных обмоток, которые на одном конце соединены звездой, а другие концы выведены наружу и соединены с контактными кольцами, установленными на валу ротора.А для развития высокого пускового момента эти обмотки подключаются к реостату с помощью угольных щеток. Этот внешний резистор или реостат используется только в период запуска. Когда двигатель достигает нормальной скорости, щетки замыкаются накоротко, и ротор с обмоткой работает как ротор с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
  • Когда двигатель возбуждается трехфазным питанием, трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле со 120 смещениями постоянной величины, которое вращается с синхронной скоростью.Это изменяющееся магнитное поле разрезает проводники ротора и индуцирует в них ток в соответствии с принципом законов электромагнитной индукции Фарадея. Поскольку эти проводники ротора закорочены, ток начинает течь через эти проводники.
  • В присутствии магнитного поля статора проводники ротора размещаются, и поэтому, согласно принципу силы Лоренца, на проводник ротора действует механическая сила. Таким образом, вся сила проводников ротора, то есть сумма механических сил, создает крутящий момент в роторе, который стремится перемещать его в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.
  • Это вращение проводника ротора также можно объяснить законом Ленца, который гласит, что индуцированные токи в роторе противодействуют причине его образования, здесь это противодействие — вращающееся магнитное поле. В результате ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле статора. Если скорость ротора больше, чем скорость статора, то в роторе не будет индуцироваться ток, потому что причиной вращения ротора является относительная скорость магнитных полей ротора и статора.Эта разность полей статора и ротора называется скольжением. Так трехфазный двигатель называют асинхронной машиной из-за относительной разницы скоростей между статором и роторами.
  • Как мы обсуждали выше, относительная скорость между полем статора и проводниками ротора вызывает вращение ротора в определенном направлении. Следовательно, для обеспечения вращения скорость Nr ротора всегда должна быть меньше скорости Ns возбуждения статора, а разница между этими двумя параметрами зависит от нагрузки на двигатель.

Разница скорости или скольжение асинхронного двигателя переменного тока задается как

  • Когда статор неподвижен, Nr = 0; Таким образом, скольжение становится равным 1 или 100%.
  • Когда Nr находится на синхронной скорости, скольжение становится равным нулю; поэтому двигатель никогда не работает с синхронной скоростью.
  • Скольжение трехфазного асинхронного двигателя от холостого хода до полной нагрузки составляет от 0,1% до 3%; вот почему асинхронные двигатели называются двигателями с постоянной скоростью.
SVPWM Управление трехфазным асинхронным двигателем

Чаще всего для управления асинхронными двигателями используются инверторные приводы с ШИМ.По сравнению с приводами с фиксированной частотой, эти ШИМ-переключатели регулируют как величину напряжения, так и частоту тока, а также напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель. Путем изменения сигналов ШИМ, подаваемых на затворы переключателя мощности, количество мощности, выдаваемой этими приводами, также изменяется, так что достигается управление скоростью трехфазного асинхронного двигателя.


SVPWM Управление трехфазным асинхронным двигателем от Edgefxkits.com

Для управления приводами трехфазных двигателей используется ряд схем широтно-импульсной модуляции (ШИМ).Но наиболее широко используются синусоидальная ШИМ (SPWM) и пространственно-векторная ШИМ (SVPWM). По сравнению с SPWM, управление SVPWM дает более высокий уровень основного напряжения и пониженное содержание гармоник. Здесь мы представили практическую реализацию этого элемента управления SVPWM с использованием микроконтроллеров 8051.

В приведенной ниже схеме используется трехуровневый инвертор напряжения для получения трех выходных напряжений, зависящих от напряжения шины постоянного тока. Однофазное питание выпрямлено для подачи питания постоянного тока как на схему микроконтроллера, так и на схемы инвертора.Микроконтроллер 8051 запрограммирован на создание сигналов SVPWM, которые подаются на ИС драйвера затвора.

Блок-схема SVPWM-управления трехфазным асинхронным двигателем от Edgefxkits.com

Схема инвертора состоит из шести полевых МОП-транзисторов для обеспечения переменного трехфазного питания, для каждой фазы развернуты два полевых МОП-транзистора. Затворы этих полевых МОП-транзисторов подключены к ИС драйвера затвора. При получении сигналов ШИМ от драйвера затвора микроконтроллера, полевые МОП-транзисторы переключаются так, что создается переменное выходное напряжение переменного тока.Следовательно, этот переменный переменный ток при изменении напряжения и частоты изменяет скорость двигателя.

Это основная информация об асинхронном двигателе переменного тока, его конструкции и принципах работы. В дополнение к этому, метод SVPWM для управления скоростью двигателя имеет много преимуществ по сравнению с другими методами PWM, как мы видели выше. Если у вас есть сомнения по поводу программирования микроконтроллера для реализации в нем техники SVPWM, вы можете связаться с нами, оставив комментарий ниже.

Фото:

  • Асинхронный двигатель переменного тока от Викимедиа
  • Конструкция трехфазного асинхронного двигателя от electronicdesign
  • Асинхронные двигатели с контактным кольцом и короткозамкнутым ротором от tpub
  • Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя от blogspot

Конструкция и работа трехфазного асинхронного двигателя на судне

Популярность трехфазных асинхронных двигателей на борту судов объясняется их простой, прочной конструкцией и высокой надежностью в морской среде.Асинхронный двигатель может использоваться в различных приложениях с различными требованиями к скорости и нагрузке.

Трехфазный источник питания переменного тока судового генератора может быть подключен к асинхронному двигателю переменного тока через стартер или любое другое устройство, например автотрансформатор, для улучшения характеристик крутящего момента и тока.

Дополнительная литература: Почему на кораблях указаны номинальные значения трансформаторов и генераторов в кВА?

Асинхронные двигатели

используются почти во всех системах машинного оборудования судна, таких как двигатель крана, гребной двигатель, двигатель нагнетателя, двигатель насоса забортной воды и даже небольшой синхронный двигатель.

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.

Асинхронные двигатели бывают двух основных типов:

.

1 . Однофазный асинхронный двигатель :

Однофазный асинхронный двигатель: Как следует из названия, этот тип двигателя поставляется с однофазным источником питания.Переменный ток проходит по основной обмотке двигателя. Тип используемого однофазного асинхронного двигателя зависит от схемы пуска, которую они используют в качестве вспомогательной, поскольку они не запускаются автоматически.

Однофазные асинхронные двигатели в основном используются в системах с низким энергопотреблением, некоторые из них упомянуты ниже:

2 . Трехфазный асинхронный двигатель:

Эти трехфазные двигатели снабжены трехфазным питанием переменного тока и широко используются на судах для более тяжелых нагрузок.Трехфазные асинхронные двигатели бывают двух типов: двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом.

Двигатели

с короткозамкнутым ротором широко используются на судах из-за их прочной конструкции и простой конструкции, например, некоторые из них. их заявок:

  • Подъемники
  • Краны
  • Вытяжные вентиляторы большой мощности
  • Двигатель Вспомогательные насосы
  • Двигатель вентилятора нагнетателя двигателя
  • Насосы для тяжелых нагрузок в машинном отделении — балластные, противопожарные, пресноводные, морские и т. Д.
  • Мотор лебедки
  • Мотор брашпиля

Дополнительная литература: Общий обзор центральной системы охлаждения на кораблях

Строительство трехфазного асинхронного двигателя

Основной корпус асинхронного двигателя состоит из двух основных частей:

Статор

Статор состоит из ряда штамповок, в которых прорезаны различные пазы для размещения трехфазной цепи обмотки, подключенной к трехфазному источнику переменного тока.

Трехфазные обмотки расположены в пазах таким образом, что они создают вращающееся магнитное поле после подачи на них переменного тока.

Дополнительная литература: Как отремонтировать двигатели на кораблях?

Обычно обмотки держат на разных участках делительной окружности с 30% перекрытием друг друга.

Обмотки намотаны на определенное количество полюсов в зависимости от требуемой скорости, поскольку скорость обратно пропорциональна количеству полюсов, определяемому формулой:

N с = 120f / p

Где N с = синхронная скорость

f = частота

p = нет.полюсов

Ротор

Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, на которых установлены токопроводящие шины.

Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, которые подходят к каждому гнезду. Эти жилы припаяны к замыкающим концевым кольцам.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного перекошены по следующим причинам:

  • Уменьшают магнитный фон или шум
  • Избегают остановки двигателя

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Когда на двигатель подается трехфазное питание, результирующий ток создает магнитный поток «Ø».

Из-за последовательности переключения трехфазного тока в R, Y и B, генерируемый магнитный поток вращается вокруг проводника ротора.

Согласно закону Фарадея, который гласит: «ЭДС, индуцированная в любой замкнутой цепи, обусловлена ​​скоростью изменения магнитного потока в цепи», ЭДС индуцируется в медном стержне, и благодаря этому ток течет в роторе. .

Направление ротора может быть задано законом Ленца, который гласит: «Направление индуцированного тока будет противоположным движению, вызывающему его.”

Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость, таким образом вращая ротор асинхронного двигателя.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция двигателя и способ подачи электроэнергии дают асинхронному двигателю ряд преимуществ, таких как:

— Они прочные и простые по конструкции с очень небольшим количеством движущихся частей

— Они могут эффективно работать в суровых и суровых условиях, например, на морских судах

— Стоимость обслуживания трехфазного асинхронного двигателя меньше, и в отличие от двигателя постоянного тока или синхронного двигателя, они не имеют таких деталей, как щетки, контактные кольца, контактные кольца и т. Д.

— Асинхронный двигатель может работать во внутренней среде, поскольку у него нет щеток, которые могут вызвать искру и могут быть опасны для такой атмосферы

Дополнительная литература: 20 опасностей нефтеналивного танкера, о которых должен знать каждый моряк

— 3-фазный асинхронный двигатель не нуждается в каком-либо дополнительном пусковом механизме или устройстве, поскольку они могут генерировать самозапускающийся крутящий момент, когда к ним подается трехфазный переменный ток, в отличие от синхронных двигателей. Однако однофазный асинхронный двигатель нуждается в некотором вспомогательном устройстве для пускового момента

.

— Конечная мощность трехфазного двигателя почти равна 1.В 5 раз больше номинальной мощности (мощности) однофазного двигателя того же типоразмера.

Недостатки трехфазного асинхронного двигателя:

— Во время пуска он потребляет высокий начальный пусковой ток при подключении к тяжелой нагрузке. Это вызывает падение напряжения во время запуска машины. Чтобы избежать этой проблемы, к трехфазному электродвигателю подключаются методы плавного пуска.

Дополнительная литература: Панель пускателя двигателя на корабле: техническое обслуживание и процедуры

— Асинхронный двигатель работает с запаздывающим коэффициентом мощности, что приводит к увеличению потерь I2R и снижению эффективности, особенно при низкой нагрузке.Для корректировки и улучшения коэффициента мощности с этим типом двигателя переменного тока можно использовать батареи статических конденсаторов.

— Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя затруднено по сравнению с двигателями постоянного тока. Частотно-регулируемый привод может быть интегрирован с асинхронным двигателем для регулирования скорости.

Проблемы в трехфазном асинхронном двигателе:

Как и любое другое оборудование, трехфазный асинхронный двигатель может сталкиваться с различными типами проблем, которые можно в целом классифицировать как:

A) Неисправности, связанные с окружающей средой: Суровые морские условия могут сказаться на оборудовании судна на ранней стадии, если оно не обслуживается должным образом.Температура окружающей среды и влажность воздуха в море влияют на рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Двигатели устанавливаются на другое крупное оборудование (главный двигатель), имеющее собственную частоту вибрации, которая влияет на детали двигателя.

Неправильная установка или неплотное основание двигателя или нагрузки, к которой он подключен, также может привести к снижению КПД двигателя и, при более длительной эксплуатации, к выходу двигателя из строя.

B) Неисправности, связанные с электричеством: Проблема возникает в двигателе из-за сбоев в электроснабжении, таких как несбалансированная подача тока или линейного напряжения, замыкание на землю в системе, проблема однофазности, короткое замыкание и т. Д.Различные типы электрических неисправностей:

Неисправность обмотки: Обмотка статора может выйти из строя из-за проблемы с изоляцией, вызвавшей короткое замыкание.

Дополнительная литература: Важность сопротивления изоляции в морских электрических системах

Однофазный отказ: Когда одна или более чем одна фаза трехфазного источника питания потеряна, работающий трехфазный двигатель будет продолжать работать, но с повышенными параметрами температуры и потерь.Это состояние известно как однофазное.

Медленное движение: Это сочетание электрической и механической неисправности, при которой асинхронный двигатель работает на более низкой скорости (почти 1/7 своей синхронной скорости) даже при полной нагрузке. Это результат аномальной магнитодвижущей силы или высокого содержания гармоник в источнике питания двигателя.

C) Неисправности, связанные с механикой: Двигатель состоит из нескольких механических частей, и их совмещение друг с другом и с нагрузкой играет важную роль в эффективности двигателя.Вот некоторые из наиболее заметных механических неисправностей двигателя:

  1. Дисбаланс Ротор: Ротор — единственная подвижная часть в трехфазном асинхронном двигателе. Если есть дисбаланс между осью вращения вала и осью распределения веса ротора, это приведет к вибрации, дополнительному нагреву и потере эффективности в системе.

Дисбаланс может быть вызван дефектом ротора, внутренним перекосом, изгибом вала, неравномерной нагрузкой и проблемами в двигателе и нагрузочной муфте.

Дополнительная литература: 10 вещей, которые следует учитывать при сборке судового оборудования после технического обслуживания

  1. Усталостный отказ: Если график технического обслуживания не соответствует требованиям или детали, используемые в двигателе, имеют низкое качество, ослабление материала может привести к усталостному разрушению, которое обычно вызывается многократно применяемыми нагрузками.
  2. Отказ подшипника: Двигатель оснащен двумя подшипниками на каждом конце ротора для поддержки и свободного вращения вала.Подшипник может выйти из строя, если не проводить своевременное техническое обслуживание или из-за перегрузки, неправильной установки, загрязненного смазочного масла и работы при чрезмерной температуре.

Дополнительная литература: Как проверить смазочное масло на борту корабля?

  1. Коррозия: Мотор, установленный на судне, находится в очень агрессивной среде. Поскольку двигатель состоит из нескольких механических частей, таких как ротор, подшипник и т. Д., Влага, присутствующая в атмосфере, или вода, содержащаяся в смазке (консистентной смазке), разъедают подшипники, вал двигателя и роторы.Изоляция также может пострадать от коррозии и привести к короткому замыканию между обмотками
  2. .
  3. Проблема со смазкой: Отсутствие смазки или загрязнение смазочного материала может привести к увеличению трения между деталями, а подшипники могут быстро изнашиваться.

Дополнительная литература: 8 способов оптимизации использования смазочного масла на судах

Защита для трехфазного асинхронного двигателя

Однофазная защита: Для решения этой проблемы используются защитные устройства для трехфазного асинхронного двигателя.Все двигатели мощностью более 500 кВт должны быть оснащены защитными устройствами или оборудованием для предотвращения любого повреждения из-за однофазного включения. Подробную информацию об этих устройствах можно найти здесь.

Перегрев: Обмотка двигателя может нагреваться из-за таких проблем, как перегрузка или однофазность. Предохранители, реле и т. Д. Используются для защиты двигателя от перегрева

Дополнительная литература: Техническое обслуживание электрического реле в судовой электросистеме

Мягкий запуск: Как описано выше, одним из недостатков трехфазного асинхронного двигателя является большой ток, который он потребляет во время периода пуска.Чтобы защитить его от этой проблемы, используются различные методы пуска путем интеграции двигателя с устройством плавного пуска, DOL, пускателем со звезды на треугольник, автотрансформатором и т. Д.

Дополнительная литература: 10 способов достижения энергоэффективности в судовой электрической системе

Использование устройства плавного пуска для асинхронного двигателя снижает механические и электрические нагрузки, защищая двигатель во время пуска.

Возможно, вы также прочитаете:

Заявление об ограничении ответственности: Вышеупомянутые взгляды принадлежат только автору.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: электрические судовые электрические

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель, как и все электродвигатели, работает за счет взаимодействия между магнитными полями. Магнитное поле статора в трехфазном асинхронном двигателе вращается вокруг воздушного зазора между статором и ротором.

Направление вращения поля определяет, в какую сторону вращается двигатель, и управляется подключениями к обмоткам статора.Направление вращения можно изменить, переключив соединения на любые две фазы статора.

Синхронная скорость

Скорость вращения поля статора называется синхронной скоростью. Для двухполюсной машины скорость поля статора в оборотах в минуту в 60 раз превышает частоту, но для более чем двух полюсов мы должны разделить на количество пар полюсов (P / 2). Синхронную скорость можно рассчитать как:

\ [\ begin {matrix} {{n} _ {s}} = \ frac {120 \ times f} {P} & in \ text {} RPM & (1) \ \\ end {matrix} \]

Где f — электрическая частота, а P — количество полюсов в машине.Поскольку в минуту 60 секунд, деление уравнения 1 на 60 дает синхронную скорость в оборотах в секунду:

\ [\ begin {matrix} {{n} _ {s}} = \ frac {2 \ times f} { P} & in \ text {} \ frac {rev} {s} & (2) \\\ end {matrix} \]

Электрическая частота определяет скорость вращения магнитного поля статора, которая, в свою очередь, определяет примерно насколько быстро будет работать мотор. В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле статора индуцирует токи в обмотках ротора, которые создают другое вращающееся магнитное поле.Взаимодействие между магнитными полями статора и ротора вызывает крутящий момент, который вращает ротор и нагрузку.

Как индуцируются токи ротора

Применение сбалансированного трехфазного набора токов к трехфазной обмотке статора создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором. На рис. 1 снова показано поперечное сечение двигателя. Однако на этот раз обмотки статора не показаны; скорее, вращающееся магнитное поле статора представлено северным полюсом вверху и южным полюсом внизу.Поток от северного полюса входит в воздушный зазор от статора и пересекает ротор, как показано. Для Южного полюса поток покидает ротор, пересекает воздушный зазор и снова входит в статор. Ротор показан с короткозамкнутой обмоткой (для наглядности показаны только несколько стержней ротора, а концевое кольцо удалено).

РИСУНОК 1 Индукция токов ротора вращающимся магнитным полем статора.

Подумайте, что происходит при первом запуске двигателя.В состоянии покоя, когда подаются токи якоря, магнитный поток начинает вращаться в воздушном зазоре с синхронной скоростью. Когда Северный полюс движется мимо проводника ротора в верхней части ротора, проводник перерезает движущиеся линии магнитного потока.

Из закона Фарадея мы знаем, что всякий раз, когда проводник перерезает линии магнитного потока, в проводнике индуцируется напряжение. В этом случае беличья клетка закорочена концевыми кольцами, поэтому индуцированное напряжение вызовет протекание тока в стержне ротора.

На рисунке 1 поле движется по часовой стрелке, но что касается проводника ротора, это как если бы поле статора было неподвижным, а проводник ротора двигался против часовой стрелки. Таким образом, в соответствии с правилом генератора правой руки, ток индуцируется в стержне верхнего ротора в указанном направлении (выходящем из страницы). Внизу ротора движется южный полюс, и ток, наведенный в нижнем стержне ротора, попадает на страницу. Эти индуцированные токи, конечно, имеют собственное магнитное поле, которое показано вокруг проводников ротора.Обратите внимание, что для верхней планки ротора магнитный поток, вызванный током в стержне ротора, добавляет к потоку статора на левой стороне и уменьшает поток статора на правой стороне. Будет применяться принцип группировки потоков. Поскольку на левой стороне проводника больше магнитного потока, на проводник справа будет действовать электромагнитная сила. Обратное верно для нижнего стержня ротора — его сила слева.

Силы, действующие на проводники, создают крутящий момент на роторе. Если ротор может двигаться свободно (и если силы достаточно для преодоления трения и инерции), ротор начнет вращаться.

Предположим, однако, что ротор не может вращаться (это называется заблокированным ротором). В этом случае поток статора будет перемещаться по проводнику ротора с синхронной скоростью, вызывая токи в проводниках ротора, которые имеют ту же частоту, что и токи статора. Наведенные в роторе токи вызывают второе вращающееся магнитное поле ротора, которое также вращается вокруг воздушного зазора с синхронной скоростью.

В условиях блокировки ротора асинхронный двигатель фактически становится трансформатором с закороченной вторичной обмоткой.Таким образом, неудивительно, что пусковой ток асинхронного двигателя очень велик.

Трехфазный асинхронный двигатель скольжения

Теперь снова предположим, что ротор может свободно вращаться. Когда магнитное поле ротора пытается поймать магнитное поле статора, ротор начинает вращаться. Но когда ротор вращается, поток статора проходит по проводникам ротора с меньшей относительной скоростью. Таким образом, по мере ускорения ротора частота индуцированных токов ротора уменьшается.В пределе, если бы ротор двигался с точно синхронной скоростью, стержни ротора не сокращали бы магнитный поток статора, и не создавался бы крутящий момент, потому что не возникали бы токи ротора.

Таким образом, асинхронный двигатель должен работать со скоростью ниже синхронной для создания крутящего момента. Рабочая частота вращения ротора обозначена n r . Поскольку ротор движется медленнее, чем магнитное поле статора, мы говорим, что ротор «проскальзывает» через поле статора, и мы определяем скольжение как:

\ [\ begin {matrix} s = \ frac {{{n}] _ {s}} — {{n} _ {r}}} {{{n} _ {s}}} & {} & \ left (3 \ right) \\\ end {matrix} \]

Где n s и n r в об / мин или оборотах в секунду.Скольжение часто представлено в процентах:

\ [\ begin {matrix} s = \ frac {{{n} _ {s}} — {{n} _ {r}}} {{{n} _ {s }}} \ times 100 & {} & \ left (4 \ right) \\\ end {matrix} \]

Решение уравнения 4 для скорости ротора:

\ [\ begin {matrix} {{n } _ {r}} = {{n} _ {s}} \ left (1-s \ right) & {} & \ left (5 \ right) \\\ end {matrix} \]

Подавляющее большинство асинхронных двигателей классифицируются как двигатели общего назначения и обычно работают со скольжением при полной нагрузке менее 5%.Асинхронные двигатели специального назначения могут работать при скольжении 15-20%.

Частота ротора

Учитывайте частоту индуцированных токов ротора. Если бы вы могли стоять на роторе и вращаться вместе с ним, вы бы увидели, что каждый магнитный полюс вращающегося поля проходит (n s -n r ) раз в секунду. Каждый раз, когда пара полюсов проходит мимо проводника, на котором вы находитесь, это вызывает цикл напряжения. Из уравнений 2 и 3, если есть полюса P, частота токов ротора, f r , будет:

\ [\ begin {matrix} {{f} _ {r}} = \ frac {P} {2} \ times \ left ({{n} _ {s}} — {{n} _ {r}} \ right) = \ frac {P} {2} \ times \ left (s {{n} _ {s}} \ right) = s {{f} _ {s}} & {} & \ left (6 \ right) \\\ end {matrix} \]

Где f s — частота токи статора.Если вы стоите на роторе, поле статора проходит со скоростью sn s об / мин, поэтому частота токов в роторе составляет sf s .

Пример асинхронного двигателя

Шестиполюсный асинхронный двигатель 60 Гц работает со скольжением 3%. С какой скоростью вращаются поле статора, ротор и поле ротора? Какова частота токов ротора?

Решение

Синхронную скорость двигателя можно рассчитать по уравнению 1:

\ [{{n} _ {s}} = \ frac {120 \ times {{f} _ {s}}} {P} = \ frac {120 \ times 60} {6} = 1200 \ text {} RPM \]

Таким образом, поля статора и ротора вращаются вокруг воздушного зазора со скоростью 1200 об / мин.Поскольку скольжение задано, мы можем найти скорость вращения ротора из уравнения 5:

$ {{n} _ {r}} = {{n} _ {s}} \ left (1-s \ right) = 1200 \ times \ left (1-0.03 \ right) = 1164 \ text {} RPM $

А частота токов ротора определяется уравнением 6:

\ [{{f} _ {r}} = s {{f} _ {s}} = 0,03 \ times 60 = 1,8 Гц \]

Поскольку ротор вращается со скоростью 1164 об / мин, а поле ротора вращается со скоростью 1200 об / мин (синхронная скорость), скорость поля относительно ротор задается следующим образом:

$ {{n} _ {s}} — {{n} _ {r}} = 1200-1164 = 36 \ text {} RPM $

Если вы стоите на роторе, кажется, что поля статора и ротора вращаются вокруг вас со скоростью 36 об / мин.Но поскольку вы и ротор движетесь со скоростью 1164 об / мин, поле ротора движется со скоростью 1200 об / мин синхронно с полем статора.

Обратите внимание, что на паспортной табличке не указано, сколько полюсов имеет асинхронный двигатель. Однако, предоставив нам рабочую скорость и частоту, мы можем предположить, сколько полюсов он имеет, используя уравнение 1.

Конструкция и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель:

Трехфазные асинхронные двигатели — наиболее широко используемые электродвигатели в отрасли.Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко адаптировать для управления скоростью. Обычно мы предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Тем не менее, трехфазные асинхронные двигатели просты, надежны, дешевы, просты в обслуживании и могут быть изготовлены с характеристиками, соответствующими большинству промышленных требований. В этом разделе мы обсудим принцип работы трехфазной индукции моторы .

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор. Статор имеет трехфазную обмотку (называемую обмоткой статора), а ротор имеет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора). Только обмотка статора питается от трехфазного источника питания. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора, находящейся под внешним напряжением, посредством электромагнитной индукции, отсюда и название.

Асинхронный двигатель можно рассматривать как трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой, и поэтому его можно описать как машину переменного тока «трансформаторного типа», в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя:

На рис. 8.1 показана конструкция трехфазного асинхронного двигателя модели . Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей (i) статора и (ii) ротора. Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором, который колеблется от 0.От 4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности двигателя.


РИС. (8.1)
Он состоит из стального каркаса, в котором заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. На внутренней периферии пластин имеется ряд равномерно расположенных пазов (см. Рис. (8.1)]. Изоляция соединена для образования симметричной трехфазной звезды или треугольника, соединенной в цепи.

3-фазная обмотка статора намотана на определенное количество полюсов в соответствии с требованиями к скорости. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот. Когда на статор подается 3-фазное питание В обмотке создается вращающееся магнитное поле (см. раздел 8.3) постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии.Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

(i) Тип беличьей клетки (ii) Тип раны

(i) Ротор с короткозамкнутым ротором: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями на его внешней периферии. В каждый прорезь помещается медный или алюминиевый стержень. Все эти стержни соединены на каждом конце металлическими кольцами, называемыми концевыми кольцами.

Это формирует неразрывную короткозамкнутую обмотку.Вся конструкция (стержни и концевые кольца) напоминает беличью клетку, отсюда и название. Ротор не подключен к источнику питания электрически, но в нем есть ток, индуцированный действием трансформатора от статора.

Эти асинхронные двигатели , в которых используется ротор с короткозамкнутым ротором, называются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. В большинстве трехфазных асинхронных двигателей используется ротор с короткозамкнутым ротором, поскольку он имеет удивительно простую и прочную конструкцию, позволяющую работать в самых неблагоприятных условиях.

Однако он страдает недостатком низкого пускового момента, так как стержни ротора постоянно закорочены, и невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в цепь ротора для получения большого пускового момента.


(ii) Ротор с обмоткой: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника и имеет трехфазную обмотку , аналогичную обмотке статора [см. Рис.(8.3)]. Обмотка ротора равномерно распределена в пазах и обычно соединена звездой. Открытые концы обмотки ротора выведены и соединены с тремя изолированными контактными кольцами, установленными на валу ротора, с одной щеткой, опирающейся на каждый контакт. звенеть.

Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, как показано на рис. (8.4). При запуске внешние сопротивления включаются в цепь ротора, чтобы обеспечить большой пусковой крутящий момент. Эти сопротивления постепенно уменьшаются до нуля. когда двигатель набирает обороты.

Внешние сопротивления используются только во время пуска. Когда двигатель достигает нормальной скорости, три щетки замыкаются накоротко, так что намотанный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя:

Скорость вращения магнитного поля:

Скорость вращения вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью (Нс).Ссылаясь на рис. (8.6 (ii)), момент времени 4 представляет собой завершение четверти цикла переменного тока Ix с момента времени 1. В течение этого четверти цикла поле повернулось на 90 °. В момент времени, представленный 13 или одним полным циклом тока Ix от начала координат, поле совершило один оборот.

Следовательно, для 2-полюсной обмотки статора поле совершает один оборот за один цикл тока. В 4-полюсной обмотке статора можно показать, что вращающееся поле совершает один оборот за два цикла тока.В общем, если полюса P, вращающееся поле совершает один оборот в P / 2 цикла тока.

Скорость вращающегося магнитного поля такая же, как и скорость генератора переменного тока, который подает мощность на двигатель, если они имеют одинаковое количество полюсов, поэтому считается, что магнитный поток вращается с синхронной скоростью.

Трехфазный асинхронный двигатель Преимущества:

(i) Он имеет простую и прочную конструкцию.(ii) Это относительно дешево. (iii) Он не требует значительного обслуживания. (iv) Он имеет высокий КПД и достаточно хороший коэффициент мощности.

(v) Он имеет самозапускающийся крутящий момент.

Трехфазный асинхронный двигатель Недостатки:

(i) По сути, это двигатель с постоянной скоростью, и его скорость не может быть изменена

(ii) Его пусковой крутящий момент уступает шунтирующему двигателю постоянного тока.

Заключение:
Вы узнали о конструкции и принципах работы трехфазного асинхронного двигателя .Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте комментарий ниже.

Электродвигатель

— Принципы работы трехфазного двигателя — роторный, полевой, синхронный и магнитный

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока. Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения.По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в пределах цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого является наибольшим, постоянно изменяется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, видимое ротором, вращается. Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и количества полюсов, создаваемых обмоткой статора.Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в США, максимальная синхронная скорость составляет 3600 об / мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, а по существу являются короткими замыканиями. Самый распространенный тип обмотки ротора, обмотка с короткозамкнутым ротором, сильно напоминает ходовое колесо, используемое в клетках для песчанок . Когда двигатель первоначально включен, а ротор неподвижен, проводники ротора испытывают изменяющееся магнитное поле, распространяющееся с синхронной скоростью.Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к индукции токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку условия для работы двигателя теперь выполнены, то есть проводники с током находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться. Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не будет относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора, и ток не может быть индуцирован.Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он передает, и числом полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включаются или выключаются, скорость двигателя можно регулировать с приращением. В двигателях с фазным ротором сопротивление обмоток ротора может быть изменено извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное регулирование скорости.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей.В синхронном двигателе ротор использует катушку под напряжением постоянного тока для создания постоянного магнитного поля. После того, как ротор приближается к синхронной скорости двигателя, северный (южный) полюс магнита ротора блокируется с южным (северным) полюсом вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока. Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципам, аналогичным принципам, описанным для трехфазных двигателей. Однако для создания пусковых моментов необходимо внести различные модификации, поскольку одна фаза не будет генерировать только вращающееся магнитное поле. Следовательно, в асинхронных двигателях используются конструкции с разделенной фазой, конденсатором , пуском или с экранированными полюсами. Синхронные однофазные двигатели, используемые для таймеров, часов, магнитофонов и т. Д., полагайтесь на конструкции сопротивления или гистерезиса.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.