Асинхронные машины – самый распространенный вид бесколлекторных электрических машин переменного тока. Преобладающее применение – асинхронные двигатели (АД), составляющие основу современного электропривода Области применения: от привода устройств автоматики и бытовой техники до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т. п. ). Мощность АД: от долей ватта до тысяч киловатт. Напряжение питания: от десятков вольт до 10 киловольт. Наибольшее применение нашли трехфазные асинхронные двигатели. Режимы работы асинхронных машин В соответствии с принципом обратимости АМ могут работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Кроме того, возможен и режим электромагнитного торможения противовключением.
Режимы работы асинхронных машин I 2 w 2 Двигательный режим U 1 I 1 w 1 Ф I 1 E 2 I 2 Fэм Mэм n 2 E 1 Электромагнитный момент Mэм в этом режиме – вращающий. Под действием момента Mэм ротор двигателя приходит во вращение с частотой n 2< n 1 в сторону вращения поля. сеть Q 1 P 1 Скольжение АМ P 2 относительная разность частот вращения ротора и магнитного поля В режиме двигателя При пуске АД: В номинальном режиме: ИМ в режиме х. х. :
Режимы работы асинхронных машин Генераторный режим Если обмотку статора подключить к сети, а ротор АМ вращать приводным двигателем в направлении вращения магнитного поля с частотой n 2>n 1, то ротор будет обгонять поле статора, а ЭДС наведенная в обмотке ротора изменит свое направление. сеть Q P 2 АМ P 1 ПД Электромагнитный момент Mэм в этом режиме – тормозящий по отношению к вращающему моменту ПД. В режиме генератора Особенность работы АГ: вращающееся магнитное поле создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и куда он отдает вырабатываемую активную мощность P 2. Т. о. для работы АГ необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора.
Режимы работы асинхронных машин Режим электромагнитного торможения противовключением Если у работающего трехфазного АД поменять местами любую пару подключенных к сети выводов, то поле статора изменит направление вращения на обратное, а ротор АМ под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении. При этом электромагнитный момент машины Mэм, направленный в сторону вращения магнитного поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее воздействие. Активная мощность, поступающая в машину из сети, затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на торможение. В этом режиме n 2<0, тогда Общий вывод: Характерной особенностью АМ является неравенство частот вращения магнитного поля статора n 1 и ротора n 2 , т. е. наличие скольжения, т. к. только в этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС и возникает электромагнитный момент.
Уравнения напряжений асинхронного двигателя Между обмотками статора и ротора АД существует только магнитная связь. Энергия из обмотки статора в ротор передается магнитным полем. Асинхронная машина в этом смысле аналогична трансформатору: - обмотка статора – первичная; - обмотка ротора – вторичная обмотка. МДС статора и ротора наводят в магнитной системе АМ результирующий магнитный поток, вращающийся с частотой n 1, и состоящий из основного магнитного потока Ф, сцепленного с обмотками и статора и ротора, и двух потоков рассеяния Ф 1 и Ф 2. Уравнение напряжения обмотки статора: Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС Поток рассеяния Ф 1 наводит ЭДС рассеяния Е 1, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора где x 1 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.
Уравнения напряжений асинхронного двигателя Для обмотки статора по второму закону Кирхгофа: или обмотки статора АД - уравнение напряжений (аналогичное уравнению напряжений первичной обмотки трансформатора). Уравнение напряжения обмотки ротора: Ротор АД вращается в сторону вращения поля с частотой n 2. Поэтому частота вращения поля статора относительно ротора n. S= n 1 - n 2 При этом основной магнитный поток индуцирует в обмотке ротора ЭДС где f 2 – частота ЭДС в обмотке ротора. или т. е. частота ЭДС (тока) обмотки ротора пропорциональна скольжению. При частоте f 1=50 Гц и Sн=5% f 2=2, 5 Гц
Уравнения напряжений асинхронного двигателя Подставим и получим где Е 2 – ЭДС, наведенная в обмотке ротора при S =1, т. е. при неподвижном роторе. Поток рассеяния Ф 2 наводит в обмотке ротора ЭДС рассеяния Е 2, значение которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке ротора где x 2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе. По второму закону Кирхгофа для обмотки ротора: или Разделим на S - уравнение напряжений для обмотки ротора
Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя Основной магнитный поток Ф в АД создается совместным действием МДС обмоток статора F 1 и ротора F 2: где Rм – магнитное сопротивление магнитной цепи АД; F 0 – результирующая МДС, равная МДС обмотки статора в режиме х. х. : I 0 – ток х. х. в обмотки статора. МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме нагруженного двигателя При изменении нагрузки на валу АД меняется ток в статоре I 1 и роторе I 2, но основной магнитный поток Ф при этом остается неизменным, т. к. напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U 1=const) и почти полностью уравновешивается ЭДС обмотки статора
Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя Т. к. ЭДС Е 1 пропорциональна основному магнитному потоку то поток при изменении нагрузки остается неизменным. Следовательно и результирующая МДС остается неизменной: - уравнение МДС Разделим на где - ток ротора, приведенный к обмотке статора. Уравнение токов АД: Ток статора I 1 имеет две составляющие: I 0 - намагничивающую (постоянную) составляющую и (-I 2) - переменную составляющую, компенсирующую размагничивающее влияние тока ротора.
Потери и КПД асинхронных двигателей Преобразование электрической энергии в механическую в АД сопровождается потерями энергии: Потери основные и добавочные. Основные потери: магнитные, электрические, механические. Магнитные потери: - потери на гистерезис и вихревые токи происходят в основном в сердечнике статора при его перемагничивании. Т. к. частота перемагничивания равна частоте тока в обмотке, а для ротора (при частоте f 1=50 Гц и Sн=5%) и магнитные потери в сердечнике ротора в практических расчетах можно не учитывать Электрические потери возникают при протекании электрического тока по обмоткам и приводят к их нагреву Электрические потери в роторе пропорциональны скольжению где - электромагнитная мощность АД.
Потери и КПД асинхронных двигателей Механические потери - потери на преодоление сил трения в подшипниках и на вентиляцию, а также сил трения в скользящем контакте (в АД с фазным ротором). Добавочные потери - включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, P 1 вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. Pэл 1 Pм 1 Pэм (т. е. 0, 5 % от P 1) Сумма всех потерь в АД: Pэл 2 Pмех P 2 Pдоб Энергетическая диаграмма АД
Потери и КПД асинхронных двигателей Коэффициент полезного действия Переменные потери, величина которых зависит от нагрузки, - это электрические потери в обмотках и добавочные потери. Постоянные потери - это магнитные потери , а также механические , которые можно считать почти постоянными, т. к. у АД частоты вращения изменяется незначительно. При P 2> max P 2 н значение убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь 0, 8 Pн P 2
Скачать презентацию Асинхронные машины самый распространенный вид бесколлекторных электрических
Асинхронные машины.ppt