Лекція 7 Асинхронні електродвигуни
На сьогодні більшість процесів, пов'язаних з механічною енергією та рухом, здійснюються електроприводом. Загальна структурна схема електроприводу: Інформаційна канал АСУ ІП ІКЗ ДЖ ЕП ЕМП МП Електрична частина Механічна частина Силовий канал ВО АСУ - автоматизована система вищого рівня; ІП- інформаційний перетворювач (блок зв’язку); ДЖ - мережа електропостачання (джерело живлення); ЕП – електричний перетворювач; ЕМП - електромеханічний перетворювач (електричний двигун); МП - механічна передача; ВО - виконавчий орган технологічної установки; ІКЗ інформаційні канали зв'язку. ЕМП, завжди присутній в електроприводі та перетворює електричну енергію (U, I) в механічну (М, ω), або навпаки.
ЕМП, що мають рухому частину, складаються з двох основних частин: нерухомої - статора та рухомої - ротора, між якими є повітряний проміжок (зазор). Проміжок між статором та ротором робиться мінімальним та складає 0, 31, 5 мм у залежності від потужності ЕМП. Це пояснюється тим, що статор та ротор пов’язані між собою тільки електромагнітним полем, тому чим менше зазор, тим краще цей зв'язок. За родом струму, що використовується або виробляється ЕМП поділяють на машини постійного (МПС) та змінного (МЗС) струму; за характером перетворення енергії на генератори (перетворюють механічну енергію у електричну) та двигуни (перетворюють енергію електричну у механічну). Усі ці машини є оборотними, тобто можуть працювати як у режимі двигуна, так і режимі генератора. МЗС поділяють за кількістю фаз – трифазні, двофазні та однофазні; за частотою обертання ротора – на синхронні та асинхронні.
Асинхронні електродвигуни (АД) АД - це такі двигуни змінного струму, в яких швидкість обертання ротора n при даній частоті струму f в мережі завжди менше швидкості обертання магнітного поля статора і змінюється в залежності від зміни навантаження. Тому їх звичайно використовують в електроприводах, де не потрібно суворо дотримуватись фіксованої частоти обертання робочого органу. Переваги: У порівнянні з іншими видами електродвигунів вони простіші за конструкцією, мають менші габарити, легші в обслуговуванні, надійніші у експлуатації, мають задовільні робочі характеристики, найбільш дешеві. Їх потужність становить від 60 Вт до 400 к. Вт для низьковольтної мережі (до 660 В) і сягає 1000 к. Вт при застосування напруги 6000 або 10000 В.
Застосування: На підприємствах харчування та побуті застосовують однофазні АД, у промисловості – трифазні (ТАД), зокрема з короткозамкненою (КЗОР) та з фазною обмоткою ротора (ФОР). Найбільш широке застосування в одержали трифазні та двофазні АД (системи автоматизації). Понад 90 % від загальної кількості електричних машин на підприємствах харчової промисловості - це ТАД КЗОР.
БУДОВА ТАД з короткозамкненим ротором (а) і його статора (б): 4 14 5 6 7 8 9 10 11 3 2 1 12 а) 15 13 б) 1 - вал ротора; 2, 6 – підшипники; 3, 7 - підшипникові опори (щити); 4 – коробка виводів обмоток; 5 – вентилятор; 8 – кожух вентилятора; 9 – осердя ротора; 10 – осердя статора; 11 – корпус статора; 12 - лапи; 13 - обмотка статора; 14 - виводи обмоток; 15 - ребра.
Статор усіх МЗС мають подібну будову - це станина 11, в якій закріплено осердя 10 зі статорними обмотками 13. Безпосередньо станина - це циліндрична оболонка з ребрами 15 на зовнішній поверхні (для покращення відводу теплоти) та лапами 13 для закріплення до фундаменту. На внутрішній поверхні осердя є повздовжні пази, в які укладають статорні обмотки із мідні. Для ТАД це три обмотки, що ідентичні одна одній за кількістю витків, опором і т. ін. , та зсунуті у просторі одна по відношенню до другої на 120. Початки і кінці статорних обмоток (всього шість виводів) виведені на клемну панель, що розташована у коробці виводів 4 і позначені відповідно: початки – С 1, С 2, С 3, кінці – С 4, С 5, С 6 (за старими стандартами) або початки – V, U, W і кінці – X, Y, Z (сучасне позначення). Розташування затискачів статорних обмоток на клемній панелі (а), з’єднання обмоток у зірку (б) і трикутник (в): С 1 С 2 С 3 А С В С 1 С 2 С 3 С 6 С 4 а) С 5 С 6 С 4 б) С 5 А В С С 1 С 2 С 3 С 6 С 4 С 5 в)
Загальний вигляд ротор з короткозамкненою обмоткою (а) та будова обмотки типу «біляче колесо» (б): 2 4 3 4 6 1 5 а) б) 1 – вал; 2 – щит підшипниковий; 3 – осердя ротора з короткозамкненою обмоткою; 4 – замикаючі кільця; 5 – стержні обмотки; 6 – підшипник. Ротор з короткозамкненою обмоткою - це стальний вал 1, на якому розташоване набране з окремих штампованих листів електротехнічної сталі циліндричне осердя 3. На зовнішній поверхні осердя у повздовжніх пазах розміщені стержні 5 (фази роторної обмотки), які по торцям замкнені (у електричному відношенні) накоротко кільцями 4. Конструктивно стержні і два кільця, що їх замикають, утворюють так зване «біляче колесо»
ПРИНЦИП ДІЇ ДВИГУНІВ Принцип дії двигуна ґрунтується на використанні явища електромагнітної індукції. Зверніть увагу, що з’єднавши три статорних обмотки у зірку або трикутник, одержимо нерухому симетричну трифазну систему обмоток статора. При підключенні до джерела трифазної симетричної системи синусоїдних ЕРС у обмотках статора будуть діяти однакові за величиною струми, які утворюють змінні магнітні поля. В результаті додавання трьох змінних полів, зсунутих у просторі на 120 і за фазою на 1/3 періоду, одержимо колове обертове магнітне поле статора. Це поле має постійну амплітуду і рівномірно обертається з частотою: де f 1 - частота струму мережі; р - число пар полюсів.
Поле статора, яке обертається, перетинає обмотки ротора і наводить в них ЕРС. Оскільки обмотки ротора замкнені, то в них індукуються струми І2, внаслідок взаємодії яких з полем статора утворюються електромагнітні сили Fем, які намагаються повернути ротор у напрямку обертання поля статора. Сукупність сил Fем, прикладених до фаз роторної обмотки, створює на роторі обертальний електромагнітний момент: Feм N 1 n 2 S 1 Feм який і приводить ротор у рух. Тут с – коефіцієнт, величина якого визначається конструктивними особливостями машини; Ф 1 – магнітний потік полюса поля статора, яке обертається; І2 – струм ротора; 2 – кут зсуву фаз між струмом і ЕРС роторної обмотки. Напрямок дії сил Fем визначається за правилом “лівої руки”, а напрямок обертання ротора взагалі визначається порядком чергування фаз підключення симетричної трифазної обмотки статора до джерела трифазної ЕРС.
Зверніть увагу, що частота обертання ротора, яка установлюється, завжди є меншою за частоту обертання магнітного поля статора. Тільки за такої умови обертове магнітне поле статора перетинає роторну обмотку, в якій при цьому наводиться ЕРС та підтримуються струми, необхідні для існування обертового моменту ротора. Залежно від техніки виконання статорних обмоток поле статора може мати будь-яке ціле число пар полюсів р, то частота обертання цього поля при частоті мережі живлення 50 Гц відповідно буде: р, пар n 1, об/хв. . 1 3000 2 1500 3 1000 4 760 5 600 … … p 3000/p Різницю між частотами обертання магнітного поля статора n 1 і ротора n 2 називають частотою ковзання –. а її відношення до частоти обертання магнітного поля статора – ковзанням: Звідси випливає, що в момент пуску двигуна (n 2 = 0) ковзання має максимальне значення - sп = 1. Далі, по мірі розгону ротора s зменшується. Для двигунів загального призначення номінальне ковзання sн складає близько 0, 05.
Для ТАД можна виділити наступні характерні етапи роботи: • пуск; • робота в режимі холостого ходу; • робота з недовантаженням; • робота з номінальними параметрами; • робота з перевантаженням; • гальмування та зупинка. Фізичні процеси, що відбуваються у загальмованому роторі, такі ж як і у трифазному трансформаторі. Різниця тут полягає лише у тому, що у магнітній системі двигуна (на відміну від трансформатора) є повітряний зазор між статором і ротором, що призводить до збільшення струму холостого ходу (може сягати до 30% від Ін статорних обмоток. У двигуні, ротор якого обертається. Тут усі електричні параметри ротора (за виключенням величини активного опору r 2 його обмотки) залежать від величини ковзання s. Наприклад, ЕРС Е 2 s, індуктивний опір x. L 2 s фази, струм 2 і cos 2 обмотки ротора у цьому разі відповідно будуть:
де f 1 і f 2 – частота струму, відповідно, в обмотці статора і обмотці ротора; W 2 – кількість витків обмотки ротора; Ф 1 – магнітний потік одного полюсу поля статора; E 2 – ЕРС обмотки нерухомого ротора; L 2 і x. L 2 – відповідно, індуктивність та індуктивний опір обмотки нерухомого ротора. E 2 н I 2, E 2 s, XL 2 s, E 2 s cos 2 XL 2 s cos 2 s Залежність електричних параметрів кола ротора від ковзання n 1 n 2 Залежність ЕРС ротора від швидкості його обертання
Частота струму (ЕРС), наведеного в обмотці ротора, є пропорційною частоті обертання магнітного поля статора і також залежить від ковзання: Для ТАД загального призначення f 2 звичайно невелика і при частоті струму у статорних обмотках f 1 = 50 Гц не перебільшує кількох Гц. Струм І2 створює магнітне поле ротора, яке з частотою n 2 обертається разом з ротором, а також з частотою f 2 навколо ротора. Враховуючи, що частота обертання поля навколо ротора становить – його повна частота обертання буде: Таким чином, в АД діють дві намагнічуючі сили – статора і ротора, які, незалежно від частоти обертання ротора, обертаються синхронно і утворюють єдине результуюче магнітне поле машини.
Схема керування ТАД КЗОР за допомогою нереверсивного магнітного B C A пускача QF QS КМ 1 FU 1 КК 2. 1 Л 2 КК 1. 1 Л 3 Л 1 SB 2 FU 2 КM 1. 2 КМ 1. 1 КК 2 КК 1 А M С В С 1 С 2 С 3 С 6 С 4 С 5 А С В С 1 С 2 С 3 С 6 С 4 Реверсування двигуна С 5 Щоб запустити електродвигун, треба після замикання повітряного автоматичного вимикача QF, натиснути на кнопку SВ 1. Струм пройде через котушку контактора КМ 1, яка притягне якір й замкне головні (силові) контакти КМ 1. 1 в колі статора двигуна. Одночасно в колі керування замкнеться блок-контакт КМ 1. 2, що блокує SВ 1. Щоб зупинити двигун, досить натиснути на кнопку SВ 2. При цьому котушка КМ 1 знеструмиться, її контакти КМ 1. 1 та КМ 1. 2 розімкнуться, а схема перейде в свій початковий стан. При цьому тривалість гальмування двигуна не контролюється і залежатиме в основному від початкової швидкості гальмування, інерційних сил та сил тертя в механізмах двигуна
Захист ТАД КЗОР У випадку перевантаження спрацюють контакти КК 1. 1 та КК 1. 2 теплових реле КК 1 і КК 2 відповідно. При цьому котушка КМ 1 контактора знеструмиться, її контакти КМ 1. 1 і КМ 1. 2 розімкнуться, двигун зупиниться. Захист силового кола від струмів короткого замикання здійснюється з допомогою триполюсного повітряним вимикачем (автомата) QF (з автоматичним поверненням у стан «Вимкнуто» ), а кола керування – запобіжниками FU 1 і FU 2 з плавкими вставками на малий струм спрацювання. Крім цього, блок-контакт КМ 1. 2 забезпечує нульовий захист двигуна. Якщо напруга мережі знизиться до 60 % або зовсім зникне, то контактор КМ автоматично вимкнеться і контакт КМ 1. 2 розімкнеться. Тому після появи напруги двигун самовільно не ввімкнеться. Для цього треба буде знову натиснути на кнопку SВ 1.
Втрати потужності і коефіцієнт корисної дії АД Потужність, підведена до статорних обмоток Корисна потужність на валу двигуна – де – втрати потужності в двигуні: В АД, так як і в трансформаторі, втрати потужності складаються з втрат у магнітопроводі (втрати в сталі Рс) і втрат на нагрівання обмоток (втрати в міді Рм). Крім цього, тут є втрати від тертя у підшипниках, а також на вентиляцію – механічні втрати Рмех. Величина Рс є пропорційною квадрату напруги живлення статорних обмоток двигуна. Механічні втрати Рмех визначаються частотою обертання ротора двигуна. Оскільки на практиці абсолютна більшість АД загального призначення працює при номінальній напрузі живлення U 1 н і з постійною частотою обертання, то можна вважати, що Рс = const і Рмех = const. Втрати в міді Рм – втрати на нагрівання статорних Рм 1 і роторних Рм 2 обмоток двигуна залежать від діючих у обмотках струмів I 1 і I 2:
де r 1 та r 2 – активний опір, відповідно, статорних і роторних обмоток. Величина Рм є змінною. Їх визначають із досліду короткого замикання: Суму постійних втрат потужності в АД з точністю, достатньою для інженерних розрахунків, можна визначити дослідним шляхом. Для цього достатньо виміряти активну потужність Р 10, яку з мережі споживають статорні обмотки при роботі двигуна в режимі х. х. : У загальному випадку коефіцієнт корисної дії АД: На практиці ж користуються формулою де Р 1 н – номінальна активна потужність АД; = Р 1/Р 1 н - коефіцієнт завантаження АД (відношення фактичної потужності до номінальної).
Механічна та робочі характеристики АД Обертальний момент є пропорційним квадрату напруги, підведеної до статорних обмоток двигуна: Він залежить від ковзання s: Графічна залежність обертального моменту від ковзання, або частоти обертання ротора від моменту опору на валу двигуна – механічна характеристика АД
Робочі характеристики асинхронного двигуна Робочу ділянку механічної характеристики АД розраховують за більш простою формулою Клосса: де Mk і sk – поточні значення, відповідно, моменту на валу двигуна і ковзання. Робочі характеристики АД являють собою залежності частоти обертання ротора n 2 (швидкісна характеристика), коефіцієнта потужності cos 1, величини струму у статорних обмотках 1 і корисного моменту на валу – 0 P 2 H P 2 від корисної потужності P 2 двигуна при U 1 = const та f 1 = const.
Технічні характеристики ТАД можна отримати з довідникової літератури, де вказують: • тип електродвигуна і його номінальні параметри для мережі 50 Гц, 380 В : • потужність на валу – к. Вт; • частоту обертання ротора – об/хв. ; • ККД – %; cos. Тип двигуна показують так – 4 АА 63 В 6 У 3. Першими двома знаками відображують серію двигуна. Тут 4 А означає – асинхронний двигун серії 4 А. Друга буква стосується виготовлення двигуна - А означає, що станина і підшипникові щитки двигуна виконані з алюмінієвого сплаву. Наступні дві цифрами (тут 63) - висота осі валу в мм, а буквою – установочний розмір за довжиною корпусу двигуна (може бути: L – довгий, М – середній, S – короткий). Якщо при одному установчому розмірі передбачені дві довжини осердя статора (дві потужності), то може стояти А або В. Далі парна цифра – це кількість полюсів двигуна (тут цифра 6).
Схема заміщення обмотки фази АД (а) і суміщена векторна діаграма напруги та струмів статорної обмотки фази (б). При ввімкнені у мережу статорна обмотка асинхронного двигуна утворить для синхронного генератора активно-індуктивне навантаження. При цьому у кожному з проводів лінії електропередачі буде проходити струм: а) б) Rф Іф Uф Іах. х Іан ХLф ІLф Uф 1 н 1 х. х Іф х. х ІLф Іф н. Іа - активна складова фазного струму, що пропорційна активній потужності Р обладнання; Ір - реактивна складова фазного струму, яка забезпечує підтримання електромагнітних полів трансформатора та двигунів і є абсолютно необхідною. Її величина визначається технічними характеристиками обладнання і практично не залежить від того, яка активна потужність передається по проводах.
Підвищення cos струмоприймачів Запам’ятайте , що підвищення cos струмоприймачів забезпечує ряд техніко-економічних переваг: 1). Підвищується ступінь використання встановленої потужності джерела електроенергії, внаслідок чого від одного й того самого джерела можна отримати більшу активну потужність: де Sн - номінальна встановлена повна потужність джерела електроенергії, к. В А. 2). Зменшується споживаний із мережі струм при незмінних потужності P = const і напрузі мережі Uл = const: що дає змогу зменшити витрати дорогих матеріалів на провідники і значно знизити втрати енергії в лініях електропередачі (ЛЕП):
3). Знижуються втрати напруги в лініях передачі, обмотках трансформаторів і генераторів. Зокрема відносна втрата напруги U у лінії електропередачі, % : де Uн - лінійна напруга мережі, В; Rл, Xл- відповідно активний та індуктивний опір 1 км лінії, Ом/км; Pp - розрахункова потужність навантаження, к. Вт; L - довжина лінії, км. 4). Підвищується ККД всієї електроустановки та якість електроенергії. Заходи щодо підвищення cos енергоустановок з АД поділяють на дві основні групи: • ті, що не пов’язані із застосуванням пристроїв для компенсації (організаційні); • ті, що потребують спеціального устаткування, призначеного для компенсації реактивної потужності основних електроспоживачів (компенсаційні).
Перша група методів підвищення забезпечується шляхом: 1) покращання енергетичного режиму електроустаткування, забезпечення більш повного завантаження працюючих АД і оптимального їх вибору при встановленні нових. При середньому завантаженні = (45. . . 70)% АД замінюються після відповідного техніко-економічного обґрунтування. При рівних понад 70 % заміна АД, як правило, недоцільна; 2) зниження фазної напруги статорної обмотки – інколи доцільно застосувати перемикання статорних обмоток із трикутника у зірку. Такий процес легко автоматизувати. 3) недопустимість тривалого (більшого ніж 1 хв. ) холостого пробігу АД. Для виконання цієї умови передбачають автоматичний регулятор. 4) суворе дотримання номінальних параметрів роботи та забезпечення цих даних після ремонту.
Друга група методів підвищення cos передбачає: ввімкнення паралельно споживачу реактивної енергії батареї статичних конденсаторів. У цьому разі для підвищення cos АД, тобто зменшення кута зсуву фаз між струмом статора і напругою мережі, паралельно до обмоток статора двигуна з активноіндуктивним зсувом фаз вмикають конденсатори С, що, як приймачі змінного трифазного струму, з’єднані між собою звичайно у трикутник. Схема заміщення обмотки фази АД (а) і зміна струмів статорної обмотки фази (б) при компенсації реактивної індуктивної енергії. а) б) Іа х. х Іф х. х Rф Іф Uф Іаф ХLф ІLф Uф Іа н 1 к 1 ххк ХСф Іф к. 1 н ІСф ІLф ІСф Іф н.
При вмиканні конденсатора з опором XС паралельно до статорної обмотки, у схемі буде діяти також випереджуючий напругу струм ІСф. Оскільки він знаходиться у протифазі зі струмом Lф, то відбувається часткова чи повна компенсація індуктивної складової струму фази, а у фазі діє струм Іфк: Бачимо, що при зміні реактивних струмів у межах С L, статорний струм Іф зменшується, отже коефіцієнт потужності установки зростає від cos 1 н до cos 1 к (рис. , б). Очевидно, що у випадку, коли Сф = Lф, фаза буде працювати у режимі резонансу струмів. У такому разі cos 1 к = 1, отже мережа електропостачання буде працювати з найменшими втратами електроенергії, тобто у найбільш економічно доцільному режимі.
Однофазні асинхронні двигуни Живлення однофазних двигунів здійснюється від однофазної мережі змінного струму. Тому, як відомо , на статорі вони мають однофазну робочу обмотку. Там же розміщується і допоміжна пускова обмотка, котра підключається до мережі тільки на час пуску двигуна. Однофазний асинхронний двигун може бути одержаний із трифазного, якщо одну фазу від'єднати від мережі, а дві, які лишилися, з'єднати або послідовно, або паралельно. При цьому потужність двигуна зменшується на 30 - 40%. Розглянемо роботу однофазного двигуна при вимкнутій пусковій обмотці. При підключені двигуна до мережі однофазного струму (мал. 10) статорна обмотка створює пульсуюче магнітне поле з амплітудою Фм. Цей потік може бути розкладений на два потоки ФA та Фв, які обертаються в протилежні боки з постійною амплітудою, кожен з яких дорівнює Фм / 2 та обертається зі швидкістю Індуковані в обмотці ротора двома полями статора, що обертаються, струми створюють рівні та взаємно протилежні обертаючи моменти. Внаслідок чого результуючий момент, який обертається дорівнює нулю, і двигун не може рушити з місця навіть при відсутності гальмівного моменту на валу. Якщо привести ротор двигуна у рух в який-небудь бік, наприклад, за годинниковою стрілкою, то він буде обертатися та розвивати обертовий момент. Те поле, яке обертається в одному напрямку з ротором, є прямим, інше -зворотнім.
Пряме поле ФA індуковане в обмотці ротора ЕРС E 2 s. A , під дією якої тече струм, що має частоту де s. A - ковзання ротора відносно прямого поля ФA, визначаємо з виразу Отже при частоті мережі f 1 = 50 Гц частота струму в роторі від прямого поля складає За відношенням до зворотного поля ФВ ротор буде мати відносну швидкість, яка дорівнює сумі швидкостей поля та ротора. Через це поле ФВ індукує в обмотці ротора струм ЕРС E 2 s. В, під дією якої тече струм, що має частоту де s. В - ковзання ротора відносно зворотного поля Фв, визначаємо з виразу він звичайно складає 1, 98 - 1, 92. Отже, частота струму у роторі від зворотного поля
Індуктивний опір обмотки ротора від прямого поля - менший, а від зворотного - у багато разів більше його активного. Струм ротора І2 від прямого поля майже збігається за фазою з ЕРС E 2 s. А ( cos j 2 » 0. 8 ), у той же час від зворотного поля він майже реактивний ( cos j 2 » 0. 1 ). Таким чином, момент, створений прямим полем та спрямований у бік обертання ротора буде позитивним ( ), а момент, створений зворотнім полем, - гальмівним ( ). Крива зміни моменту MA в функції ковзання має такий же характер, як і в трифазному асинхронному двигуні. Момент МВ і з збільшенням ковзання (збільшенням частоти f 2 В) буде зменшуватися. Результуючий момент відображено на мал. Як видно з малюнка, напрямок обертання однофазного двигуна визначається напрямком, в якому ротор почав обертання. Таким чином, двигун з однією обмоткою на статорі при безпосередньому вмиканні в мережу має Мn = 0. Тому двигун повинен бути з додатковим пристосуванням для пуску, який давав би йому можливість запускатися не тільки вхолосту, але і при навантаженні.
Для створення пускового моменту на статорі однофазного двигуна розміщують додаткову пускову обмотку, яку розташовують під кутом 90° до основної. При зсуві за фазою струму додаткової обмотки по відношенню до струму основної створюється магнітне поле, яке обертається та виникає пусковий момент. Звичайно основна обмотка А безпосередньо приєднується до мережі. Пускова (додаткова) обмотка В приєднується до мережі через ємність, котра зсуває струм у обмотці на 90°. Такі однофазні двигуни, у яких у коло обмотки статора ввімкнена ємність, називаються конденсаторними. Окрім однофазних конденсаторних двигунів існують двигуни з коротко замкненими витками та явно вираженими полюсами. Ці двигуни відрізняються простотою конструкції. Статорна обмотка робиться у вигляді котушок, які надівають на нерухомі полюси. На кожному полюсі є паз, який ділить полюсний наконечник на дві нерівні частини. Менша частина полюсного наконечника екранується короткозамкнутим витком. Магнітний потік в екранованій ділянці полюса відстає по фазі від основного, внаслідок чого створюється еліптичне магнітне поле, яке обертається. Двигуни з екранованим полюсом можуть довго знаходитись під напругою при загальмованому роторі та не боятися частих пусків й раптових зупинок. Звичайно такі двигуни виконуються потужністю 0, 5 - 30 Вт і використовуються у тому випадку, коли пусковий момент не перевищує 0, 2 - 0, 6 номінального
Двофазні асинхронні двигуни В якості виконавчих асинхронних двигунів у системах автоматики, зокрема в РЛС і АСУ, знайшли широке застосування двофазні асинхронні двигуни. Ці двигуни призначені для перетворення електричних сигналів у заданий поворот або обертання вала. Найбільш поширеними стали двигуни малої потужності - від частки Вт до 100 Вт. Виконавчий двигун починає обертатися при подачі сигналу із задаючого пристрою, а після припинення його повинен одразу зупинитися без застосування гальмуючих пристроїв. Такий двигун майже не працює в номінальному режимі, для нього характерні постійна зміна швидкості, часті пуски, реверси і зупинки. До виконавчих двигунів висуваються такі основні вимоги: стійкість роботи, лінійність регулювальних і механічних характеристик, мала потужність регулювання, великий пусковий момент, відсутність самоходу (двигуни повинні одразу зупинятися після припинення сигналу управління), зміна в широких межах швидкості обертання, швидкодія, надійність, мала вага і габарити. Всім цим вимогам значною мірою відповідають двофазні асинхронні двигуни. Крім того, основною їхньою позитивною якістю є простота конструкції і надійність у роботі. Двофазні асинхронні двигуни мають на статорі дві окремі обмотки (збудження та управління), які розміщені в просторі під прямим кутом і створюють два взаємно перпендикулярних магнітних потоки. Ротор машини має або коротко замкнену обмотку, або на ньому відсутні обмотки (порожнистий ротор) Одна з обмоток постійно приєднана до напруги мережі і має обмотку збудження ОЗ. На іншу обмотку подається сигнал управління, величина або фаза котрого визначає швидкість обертання двигуна. Її називають обмоткою управління ОУ.
• • • Якщо амплітуди напруг живлення однакові і зсунуті за фазою на 90°, то результуючий потік, створений струмами, що течуть обома статорними обмотками, має постійну величину і обертається навколо вісі ротора зі швидкістю, яка визначається частотою струмів статора і кількістю пар полюсів. Розглянемо принцип утворення в двофазному асинхронному двигуні (або в однофазному конденсаторному) магнітного поля, яке обертається. Якщо вважати, що насиченість у магнітній системі відсутня, то змінні напруги Uз і Uу створять пропорційні їм пульсуючі магнітні потоки і вектор результуючого магнітного потоку обертається з синхронною швидкістю, а кінець його описує коло радіусом Фо. Таке Магнітне поле статора, що обертається, перетинаючи обмотку ротора (або тіло порожнистого ротора), наводить у ній ЕРС, а відповідно і струм 12. Взаємодія струму ротора з магнітним полем створює обертальний момент, який призводить до руху ротора. Швидкість обертання ротора n встановлюється меншою швидкості поля статора n 1 і такої величини, котра відповідає рівності гальмуючого і обертального моментів. Якщо змінити фазу однієї з напруг, наприклад, Uу на 180 градусів, то фаза Фу також зміниться на 180 градусів. Вектор результуючого магнітного потоку буде обертатися при цьому в інший бік. Отже, зміна напрямку обертання двигуна легко здійснюється зміною фази однієї з напруг. Практично це досягається зміною місць кінців однієї з обмоток. Якщо зменшити за амплітудою напругу управління Uу (або змінити її фазу), то кінець вектора Ф результуючого магнітного потоку вже буде описувати еліпс. У цьому випадку результуюче магнітне поле під час обертання не залишається постійним, а змінюється за величиною. Стає змінною і миттєва швидкість обертання вектора в межах обороту при незмінній середній. Еліптичне поле створює менший обертальний момент, ніж кругове. Кругове поле Ф 1, що обертається в одному напрямку з еліптичним, називають прямим; інше поле Ф 2 зворотним. поле називається КРУГОВИМ ПОЛЕМ, ЩО ОБЕРТАЄТЬСЯ.
Якщо в середину статора помістити ротор зі стального циліндра, який має пази з обмоткою, то магнітне поле, перетинаючи обмотку ротора, наводить в ній ЕРС Якщо обмотка замкнута, то у ній струми, які взаємодіють з обертовим магнітним полем, створюють електромагнітні сили Fэм, що діють на обмотку ротора. Напрямок цих сил визначається за правилом лівої руки. Під дією електромагнітних сил виникає обертальний момент, який тягне ротор у бік обертання магнітного поля статора. При цьому ротор буде обертатися з декотрою швидкістю n, меншою швидкості обертання магнітного поля статора n 1. При однакових швидкостях поля n 1 і ротора n буде відсутнім перетинання провідників обмотки ротора та обертальний момент, який діє на ротор. Якщо ротор нерухомий, що відповідає пуску в хід двигуна, то ковзання в цьому випадку Відношення дорівнює одиниці (s = 1, чи s = 100%). При холостому ході ковзання s дорівнює 0, 004 чи 0, 005. При номінальному навантаженні коефіцієнт ковзання асинхронного двигуна, в залежності від потужності, складає в середньому 0, 03 ‑ 0, 08. Таким чином, в s - має назву коефіцієнт ковзання. асинхронному двигуні ковзання змінюються від 1 до 0.
ЕЛЕКТРОГЕНЕРАТОРИ В ГІДРОЕНЕРГЕТИЦІ
Скачать презентацию Лекція 7 Асинхронні електродвигуни На сьогодні більшість
Lektsiya_7_AD.ppt