РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ МАШИН И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Лекция 6

Асинхронные машины

КОНСТРУКЦИИ АСИНХРОННЫХ МАШИН

     Можно без преувеличения сказать, что промышленное производство приводится в движение асинхронными двигателями (рис.6 3). В настоящее время асинхронные двигатели выпускаются едиными сериями в огромных количествах.

    Конструкции асинхронных машин делятся на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, которые в серии 4А выполняются на все мощности, включая 400 кВт (рис.6.4).

    Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками.

Для улучшения теплоотдачи станина двигателя имеет продольные радиальные ребра.

 

Вентиляционные лопатки ротора перемещают воздух внутри машины, отводя тепло от более нагретых лобовых частей обмотки.

 

Отличительной особенностью машин с фазным ротором является наличие на роторе обмотки из проводников круглого или прямоугольного сечения, начала которой выведены на контактные кольца (рис.6.6). Узел контактных колец вынесен из станины, а контактные кольца закрыты кожухом.. Контактные кольца, опрессованные пластмассой, насаживаются на вал двигателя, они выполняются чугунными или медными. Выводные концы обмотки ротора подходят к трем кольцам через внутреннее отверстие в вале.

Обмотка ротора соединяется в звезду (рис.6.7).   Токосъемный аппарат состоит из щеток и щеткодержателей.

При изготовлении серий электрических машин предусматривается максимальная унификация, поэтому большинство деталей одинаковые для машин как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором.

Статор асинхронной машины с короткозамкнутым или с фазным ротором состоит из магнитопровода с обмоткой и станины. Магнитопровод статора набирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и имеющих на внутренней поверхности пазы (рис.6.3 и 6.6). В пазах статора размещают три обмотки, которые создают круговое вращающее магнитное поле статора.

На корпусе асинхронного двигателя прикреплена табличка (технический паспорт), на которой указаны тип двигателя, схема включения обмоток, завод-изготовитель, год выпуска и номинальные данные (полезная мощность, напряжение, ток, коэффициент мощности, частота вращения и КПД).

Технический паспорт асинхронного двигателя

 

Вт.

 

 

 

Лекция 6

Асинхронные машины

РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ МАШИН И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

    Асинхронные машины состоят из неподвижной части, называемой статором, и подвижной части, называемой ротором. Статор создает круговое вращающее магнитное поле с угловой скоростью , ротор вращается с угловой скоростью . Магнитные поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга, так как частоты токов в роторе и статоре связаны между собой соотношением , где     и    — соответственно частоты токов статора и ротора. При этом  — скольжение или относительная угловая скорость вращения ротора (относительная частота вращения ротора по отношению к полю статора):

.                                                         (6.1)

    В асинхронных (несинхронных) машинах частота вращения ротора не равна частоте вращения поля статора ( ). Частота вращения ротора асинхронных машин в установившемся режиме может быть ниже и выше синхронной частоты вращения поля статора, при этом ротор может вращаться в сторону, противоположную вращению поля.

Круговое вращающее магнитное поле статора асинхронной машины создается наложением трех одинаковых по амплитуде и частоте пульсирующих магнитных полей трех одинаковых обмоток, смещенных в пространстве друг относительно друга на 120º и питаемых симметричной системой трехфазных токов. При этом поле вращается в сторону обмотки с отстающим током, а индукция результирующего магнитного поля неизменна по величине и превосходит в 1,5 раза амплитудное значение магнитного поля одной обмотки (рис.6.1).

Для изменения направления вращения поля статора необходимо поменять местами токи в любых двух обмотках статора.

 

Угловая скорость (частота) вращения поля статора:  рад/сек,

где  - скорость вращения поля статора, измеряемая в оборотах за минуту.

Скорость вращения поля статора  зависит от частоты  тока обмоток статора и от числа пар полюсов  результирующего поля:

.                                                 (6.2)

При  и об/мин.

С увеличением числа пар полюсов обмотки статора скорость вращения поля статора дискретно уменьшается: при об/мин., при об/мин, при об/мин и т д.

Таким образом, скорость и направление вращения поля статора зависят только от свойств токов статора, числа пар полюсов обмоток статора и от способа подсоединения этих обмоток к источнику. Скорость и направление вращения поля статора не зависят от ротора.

В зависимости от частоты вращения и направления вращения ротора по отношению к полю статора различают четыре режима работы асинхронных машин (рис.6.2).

1) двигательный режим работы машины;

2) генераторный режим работы;

3) тормозной режим противовключением;

4) трансформаторный режим работы (потенциалрегуляторы, фазорегуляторы).

 

Когда , имеет место двигательный режим, при  - генераторный режим. В этом режиме ротор вращается в ту же сторону, что и поле, но с большей частотой. В тормозном режиме ротор асинхронной машины вращается в сторону, противоположную вращению поля.

Когда асинхронная машина эксплуатируется при неподвижном роторе ( ), имеет место трансформаторный режим работы асинхронной машины.

    Режимы работы асинхронной машины в функции скольжения представлены на рис.6.2 ( ).

В двигательном режиме при   асинхронная машина преобразует электрическую энергию источника в механическую энергию ротора, поступающую в исполнительный механизм ИМ.

В генераторном режиме, когда , ротор асинхронной машины вращается в сторону вращения поля с частотой, большей синхронной ( ). При этом механическая энергия ротора преобразуется в электрическую и поступает в источник.

В тормозном режиме   ротор асинхронной машины вращается в противоположную сторону по отношению к вращению поля статора с частотой  и механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло.

Трансформаторный режим работы имеет место при неподвижном роторе , при котором электрическая энергия источника преобразуется в электрическую энергию приемника и в тепло.

Тормозной режим, как правило, может быть кратковременным и используется для быстрого останова. Трансформаторный режим, когда s = 1, используется для регулирования амплитуды и фазы напряжения.

Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 млн. Асинхронных микродвигателей мощностью до 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год.

Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. Предельная мощность асинхронных двигателей – несколько десятков мегаватт. В индикаторных системах применяются асинхронные двигатели мощностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения – от 3000 до 500 об/мин.

В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность , которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности. Асинхронные двигатели не могут работать с . Это существенный недостаток асинхронных машин, ограничивающий их применение в генераторном режиме.

    При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных машинах, как и в других машинах, происходит преобразование энергии в тепло. Электрические потери в роторе асинхронной машины пропорциональны скольжению:

,                                                                 (6.3)

где  – электромагнитная мощность – мощность в воздушном зазоре машины.

Чтобы большая часть электрической энергии преобразовывалась в механическую, асинхронные машины используются в электроприводах, где допустимо небольшое скольжение  .

При глубоком скольжении   асинхронные машины используются редко, так как в этом случае большая часть мощности, забираемой из сети, преобразуется в тепло, что приводит к низкому КПД и увеличению габаритов асинхронной машины и из-за трудностей, связанных с отводом тепла от активных частей машины.

    Наличие в роторе электрических потерь , пропорционально зависящих от скольжения, – одна из особенностей асинхронных машин, обусловливающих их отличие от других типов электрических машин.

    Если обмотки ротора представляют собой замкнутые контуры (без дополнительных сопротивлений), то при скольжении   вся мощность, поступающая на ротор, преобразуется в тепло. При скольжении    мощность в ротор не поступает. При скольжениях, отличных от 0 и 1, электромагнитная мощность преобразуется в двигательном режиме в механическую мощность и в тепло, а в генераторном режиме – в электрическую и в тепло.

    В конструктивном исполнении асинхронные двигатели – наиболее простые, они получили наибольшее распространение.

 

Поделиться: