Устройство трехфазных асинхронных двигателей

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 32Следующая ⇒

По конструкции асинхронные двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). На рис. 3.1. представлен общий вид асинхронного двигателя с короткозамкнутой (а) и фазной (б) обмотками ротора.

Статоры асинхронных двигателей имеют следующую конструкцию: магнитопровод, который набран из штампованных листов электротехнической стали, в пазы которых уложена распределенная трехфазная обмотка, создающая круговое вращающееся магнитное поле с 2р полюсами.

а б

Рис. 3.1

Короткозамкнутую обмотку ротора (рис. 3.2, а) выполняют в виде стержней, расположенных вдоль внешней поверхности цилиндра с небольшим скосом и замкнутых между собой на торцах (обмотки типа беличьего колеса).

Фазный ротор (рис. 3.2, б) асинхронной машины набирают из листов электротехнической стали в полый цилиндр, по внутренней поверхности которого вырублены пазы. В эти пазы укладывается трехфазная обмотка ротора. Концы распределенной трехфазной обмотки ротора подключены к контактным кольцам. Наличие контактных колец и фазной обмотки позволяет изменять активное сопротивление цепи ротора двигателя в процессе его вращения, что необходимо для уменьшения значительного пускового тока, возникающего при пуске, а также для регулирования частоты вращения ротора и изменения величины его пускового момента.

а б

Рис. 3.2

Принцип действия асинхронного двигателя.

При подаче к трехфазной обмотке статора асинхронного двигателя трехфазного напряжения возникает результирующий вращающийся магнитный поток. Этот поток вращается в пространстве с частотой вращения, равной синхронной, которая находится в строгой зависимости от частоты ƒ, подводимого напряжения и числа пар полюсов p двигателя:

При этом частота вращения ротора n₂ отличается от n₁. Мерой этого отличия является скольжение ротора:

Для большинства современных типов асинхронных электродвигателей скольжение ротора при номинальной нагрузке заключено в пределах (2 - 6) %, а при работе в режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки, скольжение ротора составляет доли процента. Каждый асинхронный электродвигатель характеризуется своими номинальными данными, на которые он рассчитан. Основные технические данные электродвигателя указаны в их паспортах и каталогах.

Конструкция обмотки статора дает возможность соединять обмотки двигателя как «треугольником», так и «звездой». Благодаря этому каждый трехфазный асинхронный электродвигатель можно использовать при двух различных (линейном и фазном) напряжениях питающей сети.

Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в обмотках ротора трехфазную ЭДС:

Действующее значение ЭДС статора:

Действующее значение ЭДС ротора:

где - число витков в фазе статора и ротора; - амплитудное значение магнитного потока; - скольжение; - обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора.

Активная мощность, подводимая к электродвигателю из сети больше мощности, развиваемой двигателем на валу на величину потерь.

Электрические потери мощности в активных сопротивлениях обмотки статора и ротора (потери в меди)

, ,

где - число фаз обмотки статора; - ток в обмотке статора.

Потери мощности в магнитопроводах статора и ротора, равны сумме потерь на гистерезис и на вихревые токи (потери в стали) соответственно

, .

Мощность, передаваемая вращающимся магнитным полем ротору, называется электромагнитной мощностью и составляет:

где - ток ротора; - угол между током ротора и ЭДС ротора.

Мощность, преобразуемая в механическую равна:

Небольшая часть механической мощности теряется на трение в подшипниках ротора и вентиляцию . Мощность, развиваемая двигателем на валу:

Основная характеристика асинхронного двигателя – это зависимость скорости вращения ротора от вращающего момента - механическая характеристика (рис. 3).

Рис. 3.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя

При скольжении равном нулю, скорость вращения ротора равна , а при скольжение максимально - это критическое скольжение.

Естественной механической характеристикой называется характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором (сопротивление обмотки ротора практически равно нулю).

Искусственная характеристика – это характеристика двигателя с сопротивлением обмотки ротора (фазный ротор).

Для каждого асинхронного двигателя может быть определен номинальный режим, то есть режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Момент , соответствующий номинальному режиму, называется номинальным моментом:

Номинальная скорость вращения ротора

Максимальный момент (ему соответствует критическое скольжение )

Упрощенное уравнение механической характеристики в относительных единицах (формула Клосса)

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью асинхронного электродвигателя

Обычно перегрузочная способность изменяется в пределах от 1, 8 до 2, 5.

Отношение пускового момента , развиваемого двигателем в неподвижном состоянии, то есть при , к номинальному моменту называется кратностью пускового момента

Рабочие характеристики асинхронного двигателя – это зависимости частоты вращения ротора или скольжения , тока статора , момента на валу , КПД и в функции мощности, развиваемой на валу двигателя при и (рис. 3.4). Рабочие характеристики строят для области устойчивой работы двигателя (от до на 10…20 %).

С целью уменьшения потерь мощности в роторе и для повышения КПД асинхронные двигатели проектируют с небольшим номинальным скольжением, поэтому зависимость , которая называется

Рис. 3.4

скоростной характеристикой, является жесткой. Таким образом, частота вращения ротора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке уменьшается незначительно (на 2…6 %).

Коэффициент полезного действия двигателя (КПД)

Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то КПД двигателя является функцией нагрузки. Номинальный КПД двигателя достаточно высок. Для большинства современных асинхронных двигателей КПД имеет значение 80-90 %, а для мощных двигателей 90-96 %. Зависимости КПД и коэффициента мощности носят такой же характер, что и для трансформаторов, т.е. максимум КПД отвечает нагрузке 70…85 % от номинальной. Незначительный максимум имеет и кривая .

Работа асинхронного двигателя при небольшой нагрузке энергетически невыгодна из-за малого значения коэффициента мощности. Максимальный коэффициент мощности для асинхронного двигателя: малой и средней мощности (1…100 кВт) – 0, 7…0, 9; большой мощности (свыше 100 кВт) – 0, 9…0, 92.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒