Электрические машины переменного тока

Тема 7

Электрические машины переменного тока

Трёхфазный асинхронный электродвигатель

С короткозамкнутым ротором

Устройство и принцип действия

Трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет две основные части – статор и ротор, отделённые друг от друга минимальным воздушным зазором.

Статор (неподвижная часть) электродвигателя представляет собой
полый коаксиальный цилиндр, набранный из листов электротехнической стали.
В его пазы уложены три обмотки (три катушки индуктивности), выполненные из провода одного сечения и одинакового материала (как правило, меди) и сдвинутые в пространстве на угол 120° (то есть являются симметричными). Они называются
фазными обмотками или фазами электродвигателя. Начала (С1, С2, С3) и концы (С4, С5, С6) фаз электродвигателя (то есть обмотки статора) выводят на клемную
коробку. Назначение статора – создание магнитного поля в асинхронном электродвигателе.

Ротор (вращающаяся часть) представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в пазы которого залита обмотка. Проводники (стержни) обмотки ротора имеют одинаковое сечение, выполнены из одинакового материала (как правило, алюминия) и замкнуты накоротко с помощью колец. Магнитопровод ротора крепится на валу с вентилятором (для охлаждения) и подшипниками, которые запрессовывают в подшипниковые щиты, крепящиеся к корпусу электродвигателя. Назначение ротора – приведение в движение рабочей машины.

Принцип действия асинхронного электродвигателя рассмотрим на следующем примере (рис.7.1):
между полюсами постоянного магнита на оси расположена короткозамкнутая рамка. Если вращать магниты вокруг оси рамки со скоростью n, то магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться во времени по
синусоидальному закону. В результате будет наблюдаться явление электромагнитной индукции и в рамке наведётся электродвижущая сила. Под действием э.д.с. в рамке будет протекать электрический ток, а так как рамка находится в магнитном поле, то будет наблюдаться явление электромагнитной силы и возникнет вращающий момент, действующий на рамку. В результате рамка начнёт вращаться.

По мере ускорения вращения рамки скорость вращения магнитного поля
относительно неё будет уменьшаться и может наступить такой момент, когда
скорость вращения рамки приблизится к скорости вращения магнитного поля.
В этом случае значительно уменьшатся электродвижущая сила, наводимая в рамке, сила тока в рамке и вращающий момент. Если этот момент будет меньше момента сопротивления вращению рамки, то рамка начнёт притормаживаться. В результате чего увеличатся э.д.с., сила тока и вращающий момент до такой величины, когда
он станет равным моменту сопротивления вращению рамки. Таким образом,
вращающий момент рамки всегда будет равен моменту сопротивления вращению рамки. При увеличении момента сопротивления вращению рамки скорость рамки будет уменьшаться и наоборот, то есть рамка и магнитное поле вращаются с разными скоростями ( асинхронно ).

В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором вращающееся магнитное поле создают три обмотки статора. Для получения вращающегося
магнитного поля необходимо, чтобы эти обмотки на окружности статора были
расположены под углом 120° по отношению друг к другу и получали питание
электрическим током от симметричного трёхфазного источника. Данное условие
выполняется, в результате чего при подключении двигателя к источнику возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в обмотках ротора э.д.с., под действием которых в них протекают токи. На проводники обмотки ротора с током, которые находятся в магнитном поле, действует механическая сила, в результате
чего возникает вращающий момент и ротор приходит в движение. Все процессы в дальнейшем протекают аналогично примеру на рис.7.1.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной и
зависит от частоты тока в обмотке статора и числа пар магнитных полюсов статора по закону:

, (7.1)

где n₀ – скорость вращения магнитного поля, об/мин;

f – частота тока в обмотке статора электродвигателя, Гц;

р – число пар полюсов асинхронного электродвигателя.

При частоте тока 50 Гц возможны следующие синхронные скорости
вращения: 3000 об/мин; 1500 об/мин; 1000 об/мин; 750 об/мин; 600 об/мин;
500 об/мин; 375 об/мин.

Пример 7.1

Два асинхронных электродвигателя получают питание от сети с частотой 50 Гц и
напряжением 220 В. Синхронные скорости вращения электродвигателей составляют
соответственно 3000 об/мин и 1500 об/мин.

Определить количество пар полюсов каждого электродвигателя.

Решение.

1. Определяем количество пар полюсов первого электродвигателя из (7.1):

2. Определяем количество пар полюсов второго электродвигателя из (7.1):

Ротор электродвигателя всегда вращается медленнее магнитного поля, то есть магнитное поле как бы «скользит» относительно ротора (в том случае, если
магнитное поле и ротор вращаются одновременно, то изменения магнитного поля относительно обмотки ротора не будет и в этой обмотке не будет наводиться э.д.с.
и протекать электрический ток). Разность между скоростями магнитного поля и
ротора называют абсолютным скольжением:

Dn = n₀ – n, (7.2)

где Dn – абсолютное скольжение, об/мин;

n – скорость вращения ротора, об/мин.

Если разделить абсолютное скольжение магнитного поля асинхронного
электродвигателя на скорость вращения магнитного поля, то получим
относительное скольжение:

, (7.3)

где s – относительное скольжение.

Относительное скольжение можно выразить через угловые скорости:

, (7.4)

где Dw – абсолютное скольжение, рад/с;

w₀ – угловая скорость вращения магнитного поля, рад/с;

w – угловая скорость вращения ротора, рад/с.

Пример 7.2

Асинхронный электродвигатель с двумя парами полюсов работает в номинальном режиме со скоростью вращения равной 1450 об/мин, получая питание от сети с частотой 50 Гц.

Определить абсолютное и относительное скольжения электродвигателя.

Решение.

1. Определяем абсолютное скольжение электродвигателя по (7.2):

Dn = n₀ – n = 1500 – 1450 = 50 об/мин.

2. Определяем относительное скольжение электродвигателя по (7.3):

Вопросы для самоконтроля

1. Для чего предназначен трёхфазный асинхронный электродвигатель?

2. На каком явлении основана работа
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

3. Опишите устройство трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

4. Что понимается под вращающимся магнитным полем?

5. Как определить угловую скорость вращения магнитного поля?

6. Опишите принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

7. Что понимается под абсолютным скольжением
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

8. Как определить относительное скольжение
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке
статора трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

2. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в обмотке ротора
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

3. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в магнитопроводе трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

4. Перечислите физические явления и процессы, которые наблюдаются в механической системе трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Энергетическая диаграмма

При работе асинхронный электродвигатель потребляет из сети электрическую энергию, а отдаёт рабочей машине механическую энергию. При протекании этого процесса (преобразования электрической энергии в механическую энергию) происходят потери энергии в виде тепла в элементах конструкции электродвигателя (как показано выше): потери в обмотках, потери в магнитопроводе, потери в механической системе, добавочные потери. Рассмотрим данный процесс преобразования энергии на энергетической диаграмме асинхронного электродвигателя (рис.7.2).

На энергетической диаграмме (рис.7.2) обозначено:

Р₁ – электрическая мощность, потребляемая электродвигателем, Вт;

DР_эл.1 – электрические потери в обмотке статора
(в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

DР_мг – потери в магнитопроводе электродвигателя

(в результате теплового действия вихревых токов и гистерезиса), Вт;

DР_эл.2 – электрические потери в обмотке ротора
(в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

DР_мх – механические потери
(в результате трения в подшипниках и ротора о воздух), Вт;

DР_д – добавочные потери
(в результате других не учтённых явлений), Вт.

Р₂ – механическая мощность,
отдаваемая электродвигателем рабочей машине (мощность на валу), Вт.

Сумма потерь активной мощности в асинхронном электродвигателе
равна:

DР_S = Р₁ – Р₂ = DР_эл.1 + DР_мг + DР_эл.2 + DР_мх + DР_д = DР_const + DР_var; (7.5)

DР_const = DР_мг + DР_мх; (7.6)

DР_var = DР_эл.1 + DР_эл.2 + DР_д, (7.7)

где DР_const – постоянные потери в электродвигателе, которые

прямо пропорциональны квадрату напряжения (U²),

подводимого к обмоткам статора, Вт;

DР_var – переменные потери в электродвигателе, которые

прямо пропорциональны квадрату силы тока (I²) в обмотках, Вт.

Коэффициент полезного действия асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором равен:

. (7.8)

Коэффициент мощности асинхронного электродвигателя равен:

, (7.9)

где Р₁ – активная мощность,

потребляемая асинхронным электродвигателем из сети, Вт;

S₁ – полная мощность,

потребляемая асинхронным электродвигателем из сети, В× А.

Пример 7.3

Асинхронный электродвигатель, номинальная мощность которого равна 3 кВт, имеет номинальный к.п.д. равный 0, 91.

Определить суммарные потери мощности в электродвигателе.

Решение.

1. Определяем активную мощность, потребляемую электродвигателем, из (7.8):

2. Определяем суммарные потери мощности в электродвигателе по (7.5):

DР_S = Р₁ – Р₂ = 3296, 7 – 3000 = 296, 7 Вт.

Вопросы для самоконтроля

1. Составьте энергетическую диаграмму трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, расшифруйте буквенные обозначения.

2. Что такое постоянные потери мощности
в трёхфазном асинхронном электродвигателе?

3. Что такое переменные потери мощности
в трёхфазном асинхронном электродвигателе?

4. Запишите и расшифруйте выражения потерь мощности в обмотках
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

5. Как определить коэффициент полезного действия
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

6. Как определить коэффициент мощности
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

7. Как влияют потери мощности в элементах конструкции
асинхронного электродвигателя на его работу?

Подключение, пуск, регулирование скорости вращения,
реверсирование и торможение

Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором к питающей сети осуществляется тремя проводами, которые
подключают к началам обмоток статора. Обмотки статора асинхронного электродвигателя соединяют по схеме звезды (С4, С5, С6 объединяют в общий узел) или по схеме треугольника (С4 с С2, С5 с С3, С6 с С1).

Момент, развиваемый на валу электродвигателя, зависит от магнитного
потока, силы тока в обмотке ротора и коэффициента мощности обмотки ротора:

М = kФI₂cosy₂, (7.10)

где М – вращающий момент, Н× м;

Ф – действующее значение магнитного потока, Вб;

I₂ – действующее значение силы тока в обмотке ротора, А;

y₂ – угол сдвига фаз э.д.с. и тока ротора, рад.

В результате того, что магнитный моток пропорционален приложенному
напряжению, то можно доказать, что момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного напряжения, то есть

М º U², (7.11)

где U – действующее значение приложенного напряжения, В.

Следовательно, при пониженном напряжении на зажимах обмоток статора
электродвигателя момент на валу будет равен:

, (7.12)

где М’ – момент на валу электродвигателя при пониженном напряжении, Н× м;

М_н – момент на валу электродвигателя при номинальном напряжении, Н× м;

U’ – пониженное напряжение на зажимах обмоток статора, В;

U_н – номинальное напряжение на зажимах обмоток статора, В.

В начальный момент пуска ротор электродвигателя неподвижен и
относительное скольжение равно единице, поэтому сила тока в обмотках электродвигателя при пуске больше номинального значения в 5 – 7 раз.
Пуск асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляют при номинальном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении:

1. Прямой пуск электродвигателя производится непосредственным его включением в сеть без каких-либо устройств понижения напряжения. Применяется в тех случаях, когда номинальная мощность двигателя намного меньше электрической мощности силового трансформатора. При таком способе пуска ток, потребляемый электродвигателем при пуске, не вызовет из-за скоротечности значительного перегрева двигателя и падения напряжения сети (то есть не нарушит работу других устройств, включённых в сеть).

2. Пуск при пониженном напряжении производится с помощью устройств,
понижающих напряжение на зажимах электродвигателя (автотрансформатора, индукционного регулятора и других), а также с помощью переключения обмоток статора электродвигателя со звезды на треугольник (то есть в начальный момент пуска обмотки статора соединены по схеме звезды, а после кратковременного процесса пуска переключаются на схему треугольника).

Запишем уравнение скорости вращения ротора электродвигателя:

. (7.13)

Из выражения (7.13) следует, что регулировать частоту вращения
асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором можно следующими способами:

1. Изменением частоты тока в обмотке статора электродвигателя (f). Для этого используют регулятор частоты, позволяющий производить плавную регулировку скорости в широких пределах.

2. Изменением числа пар полюсов электродвигателя (р). Для этого
применяют двигатели со специальной обмоткой статора, которая позволяет
производить ступенчатую регулировку скорости (1: 2: 3: 4). Электродвигатель
в этом случае имеет большие габариты и стоимость, а также специальное
переключающее устройство. Наиболее простым из таких электродвигателей
является тот, который позволяет регулировать скорость в соотношении 1: 2.

3. Изменением скольжения (s). Для этого изменяют подводимое к обмоткам статора напряжение с помощью регулятора напряжения.

Для изменения направления вращения ротора ( реверсирования ) асинхронного электродвигателя надо поменять местами два любых провода из трёх, которыми к обмоткам статора подводится напряжение.

Существуют следующие основные способы торможения асинхронного
электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

1. Самоторможение состоит в отключении электродвигателя от питающей сети, в результате чего происходит его естественное торможение по мере прекращения действия инерционных сил.

2. Торможение противовключением состоит в реверсировании электродвигателя и его отключении от питающей сети при остановке ротора.

3. Динамическое торможение состоит в отключении электродвигателя от
питающей сети и последующей подаче на обмотки статора постоянного
напряжения.

Вопросы для самоконтроля

1. Изобразите схематически клемную коробку электродвигателя и покажите на ней как соединить обмотки статора трёхфазного асинхронного
электродвигателя по схеме звезды и по схеме треугольника,
а также подключение электродвигателя к сети.

2. Как определить момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
по заданным мощности на валу и угловой скорости вращения вала?

3. Как изменяется момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
при отклонении напряжения на зажимах электродвигателя?

4. Как изменяется момент на валу трёхфазного асинхронного электродвигателя
при переключении обмоток статора со схемы звезды на схему треугольника?

5. Запишите и расшифруйте уравнение скорости вращения ротора
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

6. Запишите и расшифруйте уравнение угловой скорости
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

7. Перечислите и поясните способы регулирования скорости вращения
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

8. Как изменить направление вращения
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

9. Перечислите и поясните способы торможения
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Технические параметры

Трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, выпускаемые для производственных целей, предназначены для работы в заданных
условиях с определёнными параметрами, которые называют номинальными.
К номинальным параметрам этих электродвигателей, которые указываются
на заводской табличке, укреплённой на корпусе электродвигателя, относятся:

– механическая мощность электродвигателя, кВт;

– частота питающей сети, Гц;

– действующее значение линейного напряжения обмоток статора, В;

– схемы соединения обмоток статора;

– действующее значение линейного тока обмоток статора, А;

– скорость вращения вала электродвигателя, об/мин;

– коэффициент мощности электродвигателя;

– коэффициент полезного действия электродвигателя.

Помимо этого указываются тип электродвигателя, его масса, класс изоляции обмоток статора (изоляция класса В характеризуется тем, что может длительно работать при температуре 130°С, изоляция класса F – при температуре 155°С).

В настоящее время выпускаются асинхронные электродвигатели
от 0, 06 кВт до 400 кВт при частотах вращения 500 – 3000 об/мин в виде единых
серий 4А, 4АМ, АИ и другие. Помимо основного исполнения каждая серия имеет ряд электрических модификаций, которые имеют особенности конструкции (например, двойную обмотку на роторе, глубокие пазы в магнитопроводе ротора и так далее):

– с повышенным пусковым моментом
(для привода рабочих машин с большой нагрузкой в момент пуска:
компрессоры, дробилки и др.);

– с повышенным скольжением
(для привода рабочих машин с большим моментом инерции,
с большой частотой пусков и реверсов);

– с повышенными энергетическими показателями
(для привода рабочих машин с круглосуточной работой);

– многоскоростные;

– малошумные;

– встраиваемые.

Вопрос для самоконтроля

1. Перечислите номинальные параметры трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Механическая характеристика

Механическая характеристика электродвигателя с короткозамкнутым
ротором представляет собой зависимость угловой скорости вращения ротора
электродвигателя от момента на его валу w = f(М)(рис.7.3).

Двигательному режиму соответствует участок механической характеристики от w = w₀ до w = 0 (пуск электродвигателя начинается в точке w = 0), генераторному режиму – участок от w > w₀, тормозному режиму – участок от w < 0.

Механическая характеристика рабочей машины представляет собой
зависимость момента сопротивления рабочей машины от угловой скорости
вращения вала М_с = f(w):

, (7.14)

где М_с – момент сопротивления рабочей машины, Н× м;

М₀ – момент трогания рабочей машины, Н× м;

М_с.н – номинальный момент сопротивления рабочей машины, Н× м;

w_с – угловая скорость рабочей машины, рад/с;

w_с.н – номинальная угловая скорость рабочей машины, рад/с;

х – показатель, характеризующий рабочую машину.

Графически механические характеристики рабочих машин показаны на рис.7.4.

Механические характеристики рабочих машин подразделяются следующим образом:

1. Не зависящая от скорости (х = 0), то есть момент сопротивления не изменяется при изменении скорости (транспортёры, подъёмные краны и др.).

2. Линейно-возрастающая (х = 1).

3. Параболическая (х = 2), то есть момент сопротивления зависит от квадрата скорости
(центробежные насосы, вентиляторы и другие).

Если на одной плоскости нанести механические характеристики асинхронного электродвигателя и рабочей машины, то точка пресечения этих характеристик будет рабочей точкой (точкой, в которой будет работать система «электродвигатель – рабочая машина»).

На рис.7.5 в качестве примера показаны механическая характеристика асинхронного электродвигателя и параболическая механическая характеристика рабочей машины.

Пример 7.4

Асинхронный электродвигатель приводит во вращение рабочую машину с параболической механической характеристикой. Момент трогания рабочей машины равен
10 Н× м, номинальный момент сопротивления рабочей машины равен 50 Н× м,

Определить момент сопротивления рабочей машины при снижении угловой скорости рабочей машины на 10 % относительно номинального значения.

Решение.

1. Определяем момент сопротивления рабочей машины по (7.14):

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под механической характеристикой
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

2. Изобразите качественно механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и
покажите на ней участки, которые соответствуют двигательному,
генераторному и тормозному режимам.

3. Запишите и расшифруйте уравнение механической характеристики
рабочей машины.

4. Изобразите качественно механические характеристики рабочей машины.

5. Изобразите качественно на одной плоскости механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
и механическую характеристику рабочей машины. Покажите рабочую точку.

6. Что такое рабочая точка механической характеристики?

Пример 7.5

Асинхронный электродвигатель с номинальной мощностью 3 кВт и двумя парами полюсов получает питание от сети с частотой 50 Гц и приводит во вращение рабочую машину с номинальной скоростью 1450 об/мин. Электродвигатель имеет критическое скольжение 0, 33, минимальное скольжение 0, 85, кратность критического момента 2, 3, кратность минимального момента 1, 1, кратность пускового момента 2, 1.

Рассчитать механическую характеристику электродвигателя.

Решение.

1. Определяем синхронную скорость вращения:

2. Определяем синхронную угловую скорость вращения:

3. Определяем номинальное скольжение:

4. Определяем номинальную угловую скорость вращения:

w_н = w₀ (1– s_н) = 157 (1 – 0, 033) = 151, 8 рад/с.

5. Определяем критическую угловую скорость вращения:

w_кр = w₀ (1– s_кр) = 157 (1 – 0, 33) = 105, 2 рад/с.

6. Определяем минимальную угловую скорость вращения:

w_min = w₀ (1– s_min) = 157 (1 – 0, 85) = 23, 6 рад/с.

7. Определяем номинальный момент:

Н× м.

8. Определяем критический момент:

М_кр = m_кр М_н = 2, 3× 19, 8 = 45, 5 Н× м.

9. Определяем минимальный момент:

М_min = m_min М_н = 1, 1× 19, 8 = 21, 8 Н× м.

10. Определяем пусковой момент:

М_п = m_п М_н = 2, 1× 19, 8 = 41, 6 Н× м.

Вопросы для самоконтроля

1. Изобразите качественно механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя,
покажите на ней пять основных точек, укажите их координаты.

2. Перечислите паспортные и каталожные данные,
необходимые для расчёта механической характеристики.

3. Что понимается под кратностями моментов
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

4. Приведите алгоритм расчёта механической характеристики
трёхфазного асинхронного электродвигателя
по паспортным и каталожным данным.

Вопрос для самоконтроля

1. Перечислите аппаратуру управления и защиты
трёхфазного асинхронного электродвигателя, указав её назначение.

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под силовой цепью и цепью управления
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

2. Составьте принципиальную электрическую схему управления
трёхфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором,
расшифруйте буквенные обозначения.

3. Опишите пуск трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, используя составленную
принципиальную электрическую схему управления.

4. Опишите отключение трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, используя составленную
принципиальную электрическую схему управления.

Задания для самоконтроля

Трёхфазный асинхронный электродвигатель типа 4А100S4У3 имеет следующие паспортные и каталожные данные:

– номинальная мощность – 3, 0 кВт;

– номинальный к.п.д. – 82, 0 %;

– номинальный коэффициент мощности – 0, 83;

– номинальное фазное напряжение – 220 В;

– номинальная скорость – 1435 об/мин;

– кратность критического момента – 2, 4;

– кратность минимального момента – 1, 6;

– кратность пускового момента – 2, 0;

– критическое скольжение – 0, 13;

– скольжение при минимальном моменте – 0, 80.

Асинхронный электродвигатель приводит в движение рабочую машину с линейно-возрастающей механической характеристикой. Момент трогания ( М₀ ) составляет 20 % от номинального момента электродвигателя ( М_н ), номинальный момент сопротивления рабочей машины ( М_с.н ) равен номинальному моменту электродвигателя ( М_н ). Номинальная скорость рабочей машины ( w_с.н ) равна номинальной скорости электродвигателя ( w_н ).

1. Рассчитать номинальное значение силы фазного тока
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

2. Рассчитать номинальные суммарные потери активной мощности
трёхфазного асинхронного электродвигателя.

3. Рассчитать механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя по пяти точкам.
Результаты расчёта свести в таблицу.

4. Построить данную механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя по пяти точкам.

5. Пересчитать механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя
при снижении напряжения питающей сети на 20 %.

6. Построить данную механическую характеристику
трёхфазного асинхронного электродвигателя по пяти точкам
на той же плоскости (пункт 4).

7. Рассчитать механическую характеристику рабочей машины.
Результаты расчёта свести в таблицу.

8. Построить данную механическую характеристику рабочей машины
на той же плоскости (пункт 4).
Показать рабочие точки при номинальном и пониженном напряжениях.

Вопросы для самоконтроля

1. Опишите устройство однофазного асинхронного электродвигателя.

2. Опишите принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя.

3. Каково назначение фазосдвигающего элемента?

4. Изобразите качественно механическую характеристику
однофазного асинхронного электродвигателя.

5. Приведите схемы включения в сеть однофазного асинхронного электродвигателя.

6. Как включить в сеть однофазного тока
трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором?

7. Как определить номинальное значение силы фазного тока
асинхронного электродвигателя по паспортным данным?

С фазным ротором

Устройство статора асинхронного электродвигателя с фазным ротором такое же, как у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Различие межу этими электродвигателями заключается в конструкции ротора. Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединённые между собой по схеме звезды. Концы фазных обмоток ротора подсоединяют к трём медным кольцам, которые укреплены на валу электродвигателя и изолированы друг от друга и от вала двигателя. На кольца накладываются щётки, которые размещены в щёткодержателях, укреплённых на
одной из подшипниковых крышек. Следовательно, между щётками и обмотками
ротора (через кольца) существует скользящий электрический контакт. Таким образом, основное отличие состоит в том, что у двигателя с короткозамкнутым ротором
обмотка ротора выполняется в виде замкнутого контура при изготовлении, а у
двигателя с фазным ротором обмотка ротора замыкается через щётки на добавочные резисторы. Принцип действия асинхронного электродвигателя с фазным ротором аналогичен асинхронному электродвигателю с короткозамкнутым ротором.

Физические явления и процессы, наблюдающиеся в асинхронном электродвигателе с фазным ротором при его работе, такие же, как и у асинхронного
электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Отличием является дополнительное наличие трения между щётками и кольцами, а также наличие теплового действия электрического тока, протекающего через кольца, щётки и добавочные резисторы.

При работе асинхронного электродвигателя с фазным ротором в элементах
его конструкции наблюдаются те же потери, что и у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности определяются аналогично двигателю с короткозамкнутым ротором.

Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором к питающей сети осуществляется так же, как и двигателя с короткозамкнутым ротором.

Пуск асинхронного электродвигателя с фазным ротором осуществляют, как правило, при номинальном напряжении с помощью пускового реостата, включённого в обмотки ротора через щётки и кольца. При таком способе пуска
реостат полностью вводят, увеличивая активное сопротивление обмоток ротора. В результате происходит снижение пускового тока и увеличение пускового момента. Механические характеристики электродвигателя при изменении сопротивления обмоток ротора показаны на рис.7.9.

Регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно с помощью реостата, включённого в обмотки ротора, в сторону
понижения относительно номинального значения. Регулировка плавная вплоть до полной остановки двигателя. Однако к.п.д. электродвигателя снижается по причине потерь активной мощности в реостате.

Реверсирование асинхронного электродвигателя с фазным ротором выполняют так же, как и двигателя с короткозамкнутым ротором: меняют местами два любых провода из трёх, которыми к обмоткам статора подводится напряжение.

Торможение асинхронного электродвигателя с фазным ротором выполняют так же, как и двигателя с короткозамкнутым ротором.

Используют электродвигатели с фазным ротором в установках, где
необходима плавная регулировка скорости, например, в стендах обкатки двигателей внутреннего сгорания.

Вопросы для самоконтроля

1. Опишите устройство трёхфазного асинхронного электродвигателя
с фазным ротором.

2. Опишите принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя
с фазным ротором.

3. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в обмотке статора
трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

4. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в обмотке ротора
трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

5. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в магнитопроводе
трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

6. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в механической системе трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

7. Составьте энергетическую диаграмму трёхфазного асинхронного
электродвигателя с фазным ротором, расшифруйте буквенные обозначения.

8. Изобразите качественно семейство механических характеристик
трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором
и поясните их.

9. Перечислите и поясните способы регулирования скорости вращения
трёхфазного асинхронного электродвигател

12 3 4 5 Следующая ⇒