Электрические машины переменного тока Синхронные Машины переменного

Электрические машины переменного тока

Синхронные Машины переменного тока Асинхронные основное магнитное поле создается постоянным током (или постоянным магнитом) основное магнитное поле создается переменным током и частота вращения ротора меняется с нагрузкой

Синхронные и асинхронные машины переменного тока обладают свойством обратимости - они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. СЮДА КАРТИНКУ

Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна или меньше частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронные машины — наиболее распространённые электрические машины. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Асинхронная машина

Конструкция Как и любая электромеханическая машина, асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п. Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120°. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения (вращения) магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным (набранным из пластин) из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.

Асинхронный двигатель Короткозамкнутый ротор Фазный ротор

Короткозамкнутый ротор Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличья клетка» из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. В машинах малой и средней мощности ротор обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями «беличьей клетки» отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию самого ротора и вентиляцию машины в целом. В машинах большой мощности «беличью клетку» выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца. Зачастую пазы ротора или статора делают скошенными для уменьшения высших гармонических ЭДС, вызванных пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, магнитное сопротивление которых существенно ниже магнитного сопротивления обмотки, а также для снижения шума, вызываемого магнитными причинами. Асинхронные двигатели с таким ротором имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком «беличьей клетки» . Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, малый момент инерции и отсутствие механического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание.

Фазный ротор имеет трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме «звезда» и выведённую на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы. В двигателях с фазным ротором имеется возможность увеличивать пусковой момент до максимального значения(в первый момент времени) с помощью пускового реостата, тем самым уменьшая пусковой ток. Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке.

Двигательный режим Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке ротора начинает течь ток. На проводники с током этой обмотки, расположенные в магнитном поле обмотки возбуждения, действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор за магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение, и его установившаяся частота вращения [об/мин] соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках и инерцией ротора. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать крутящий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство: Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

Генераторный режим Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдет в генераторный режим. При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим. В генераторном режиме работы скольжение. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток возбуждения создают с помощью постоянных магнитов, либо за счёт остаточной индукции машины и пусковых конденсаторов, параллельно подключенных по схеме «звезда» к фазам обмотки статора. Асинхронный генератор потребляет намагничивающий ток значительной силы и требует наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов(БСК). Несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном как вспомогательные источники небольшой мощности и как тормозные устройства.

Режим электромагнитного тормоза Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Такой режим работы асинхронной машины называется режимом электромагнитного тормоза, и для него справедливы неравенства.

Способы управления асинхронным двигателем Под управлением асинхронным двигателем переменного тока понимается изменение частоты вращения ротора. Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем: реостатный - изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, частотный - изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в частотный питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь, переключением обмоток со схемы ""звезда"" на схему ""треугольник"", что даёт изменение частоты вращения в 1. 73 раза, импульсный - подачей напряжения питания специального вида (например, импульсный пилообразного), изменением числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно, изменением амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (или действующее значение) управляющего напряжения. Тогда векторы напряжений управления и возбуждения остаются перпендикулярны, Фазовое управление характерно тем, что изменение частоты вращения ротора достигается путём изменения сдвига фаз между векторами напряжений возбуждения и управления, Амплитудно-фазовый способ включает в себя оба предыдущих способа. Амплитудно-фазовый

ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ. Развертка статора Асинхронный двигатель имеет 2 части: неподвижный статор – полый цилиндр, который набирается из отдельных изолированных друг от друга листов специального железа с пазами. В эти пазы укладываются 3 одинаковых, сдвинутых друг относительно друга обмотки статора. паз

Обмотки – равномерная нагрузка. Т. к. обмотки Обмотки имеют одинаковое сопротивление, поэтому они представляют для сети равномерную симметричную нагрузку. секция С 1 С 4 С 2 С 5 С 3 С 6

Если обмотки статора присоединить к трехфазной цепи переменного тока, то внутри него появится вращающееся магнитное поле. , где n 1 – скорость вращения магнитного поля, f 1 - частота переменного тока, р – число пар полюсов статора.

Ток, переходя в каждой секции, создает магнитное поле с двумя полюсами. На нашем рисунке каждая обмотка имеет 2 секции(катушки), а значит 2 пары полюсов. В зависимости от конструкции двигателя может быть: p=1, n 1 = 60*50/1 = 3000 об/мин p=2, n 1 = 60*50/2 = 1500 об/мин p=3, n 1=60*50/3=1000 об/мин и т. д.

Подвижная часть – ротор – циклическое тело, которое также набирается из отдельных листов железа с отверстиями. Из отдельных листов собирается пакет или стопка так, чтобы отверстия совпадали друг с другом. В эти отверстия заливается расплавленный алюминий. Застывая, он образует стержни обмотки ротора. Одновременно начало и концы этих стержней соединяются алюминиевыми кольцами. Т. о. , образуется обмотка, которая называется «беличье колесо»

Вращающееся магнитное поле, пересекая обмотку ротора, по закону электромагнитной индукции, создают в ней ЭДС и ток. На проводник с током в магнитном поле действует сила, поэтому ротор придет во вращение в ту же сторону, что и магнитное поле. Однако скорость вращения ротора будет всегда меньше, чем скорость вращения магнитного поля статора.

N 2 - скорость вращения ротора, N 1 – скорость вращения магнитного поля статора. Предположим, что n 2 = n 1. изменение магнитного поля ∆ Ф будет равно 0. А значит, из формулы Максвелла ЭДС тоже равно 0. Тогда скорость вращения ротора будет считаться, потому что на ротор действуют силы трения: о воздух, на валу в подшипниках и т. д. Значит n 2,

Механические характеристики асинхронного двигателя. Зависимость n 2= f (MT) I 1= f (MT) Тормозной момент – момент, который оказывает орудие, станок, рабочий орган, нагрузку вращение ротора. n 2 I 1 n 2 Ixx MT

Чем больше тормозной момент, тем скорость вращения ротора меньше, и наоборот. При увеличении тормозного момента (нагрузки) ток потребляемый двигателем из сети увеличивается. P =U*I Чем больше тормозной момент, тем больше механическая мощность, которую должен вырабатывать двигатель, а значит и потреблять электрическую мощность он должен больше. 1

Вывод : по показаниям амперметра можно судить о нагрузке и скорости вращения двигателя.