Тема 6 Асинхронні електродвигуни План 1 Будова

Тема 6. Асинхронні електродвигуни

План 1. Будова і принцип дії асинхронного електродвигуна. Утворення обертового магнітного поля. Частота та напрямок обертання магнітного поля. Ковзання. 2. Режими роботи асинхронного двигуна. Пуск, реверсування, регулювання частоти обертання валу двигуна. Втрати енергії та коефіцієнт корисної дії двигуна. Механічні і робочі характеристики.

Це важливо знати! • Асинхронні електричні машини - це машини, в яких обертове магнітне поле і обертова частина машини обертається з різними швидкостями. • Асинхронні двигуни містять нерухому частину - статор і рухому - ротор. Ротори бувають двох типів: короткозамкнені і фазні. • Обертове магнітне поле створюється або трифазною системою струмів або уведенням спеціальної додаткової обвитки. • Ступінь відставання швидкості ротора від швидкості магнітного поля статора характеризує ковзання:

Потужність двигуна визначається обертовим електромагнітним моментом, який визначається: Потужність на валу двигуна визначається за виразом: Номінальний момент визначають за паспортними даними:

• Основною характеристикою АД є механічна характеристика п 2 = f(M) або M -f (s). Максимальне значення моменту відповідає ковзанню, яке називають критичним, що “розділяє” ділянки стійкої та стійкої роботи двигуна. • Пуск асинхронних двигунів здійснюється за такими способами: прямий (без посередній); перемикання обвиток статора з "трикутника" в "зірку"; автотрансформаторний; з додатковими (пусковими) опорами. • Для регулювання швидкості обертання ротора АД використовують: зміну частоти напруги живлення; зміну кількості пар полюсів; зміну ковзання шляхом уведення додаткових опорів у коло ротора. Але це не забезпечує регулювання швидкості в широкому

• Асинхронна машина може працювати в генераторному режимі (s < 0), в режимі двигуна (s > 0) і в режимі гальмування (s > 1). • Однофазні асинхронні двигуни містять однофазну обвитку, що приводить до створення пульсуючого магнітного поля. Для пуску таких двигунів необхідно використовувати пускову обвитку, в яку вмикають конденсатор або резистор. • Асинхронні конденсаторні двигуни містять дві обвитки, зсунуті в просторі на 90°. Одна обвитка робоча - вмикається до напруги безпосередньо, інша - допоміжна - через конденсатор.

Рис. 1. Три котушки зміщені між собою в просторі на 120° із трифазними струмами ВА = +Вт, Вв = -Вт/2 • • р р– кількість пар полюсів

Рис. 2. До пояснення створення обертового магнітного поля трифазним струмом

Треба знати: • Магнітне поле, вектор магнітної індукції якого обертається в просторі, називається обертовим магнітним полем. Обертове магнітне поле, вектор магнітної індукції якого не змінюється за величиною й обертається із сталою швидкістю, називається коловим. Якщо порушено геометричну або електромагнітну симетрію в трифазній електричній машині (амплітуди струмів фаз неоднакові, кути між векторами струмів не становлять 120° тощо), то обертове поле стає еліптичним, в якому сумарний вектор магнітної індукції змінюється за величиною й обертається із змінною кутовою швидкістю. Найкращі умови для роботи електричних машин створює колове обертове магнітне поле.

Асинхронний трифазний двигун - це електрична машина, яка перетворює електричну енергію трифазного струму в механічну енергію Рис. 3. Конструктивна схема асинхронної машини

На рис. 3 показана конструктивна схема асинхронного двигуна, на якій позначено: 1 - осердя статора, набране із листів електротехнічної сталі; 2 - трифазна обвитка статора; З - корпус (станина) статора; 4 - осердя ротора, теж набране з листів електротехнічної сталі; 5 - обвитка ротора; 6 повітряний проміжок між ротором і статором; 7 - вентиляційні канали; 8 - вал машини.

На корпусі двигуна є клемний щиток з шістьма затискачами, до яких під'єднано обвитки статора. На цих затискачах початки обвиток статора позначені літерами А, В, С (або відповідно СІ, С 2, СЗ), а кінці – X, Y, Z (або відповідно С 4, С 5, С 6) (рис. 4). До затискачів А, В, С (СІ, С 2, СЗ) подається трифазна напруга мережі. З'єднання фаз обвитки статора здійснюється за схемою зірка з'єднанням між собою клем Х- Y- Z (С 6 -С 4 -С 5) або трикутник з'єднанням клем Х-В, У-С ( С 6 -С 1, С 4 С 2, С 5 -СЗ). Обвитки двигунів малої та середньої потужності виготовляються на напруги 380/220 і 220/127 В.

Рис. 4. Сполучення фаз обвитки статора зіркою та трикутником Напруга в знаменнику (менша за значенням) відповідає (дорівнює) номінальній фазній напрузі двигуна. Наприклад, якщо лінійна напруга мережі Uл = 380 Д а двигун напругою 380/220 Д то фази обвитки статора з'єднуємо зіркою, а якщо лінійна напруга мережі Uп – 220 В, трикутником.

АСИНХРОННІ ДВИГУНИ За конструкцією обвитки ротора Короткозамкнені ротор Фазні ротори

Короткозамкнений ротор має обвитку з мідних або алюмінієвих стержнів (1), укладених без ізоляції в пази на зовнішній поверхні ротора й замкнених з торців кільцями (2) накоротко. Алюмінієву обвитку одержують, заливаючи в пази розтоплений алюміній. За зовнішнім виглядом короткозамкнена обвика нагадує колесо білки, тому її деколи називають "колесом білки". Фазний ротор має о 6 витку, виконану аналогічно трифазній бвитці статора. Вона теж трифазна (для трифазного двигуна). Кінці цих обмоток з'єднують в одну точку (з 'єднання зіркою), а початки виводять до трьох контактних кілець, розташованих на валу.

ПРИНЦИПИ РОБОТИ АД Рис. 5 Модель для пояснення роботи асинхронного двигуна U—> i—>Ф (N i S)—> (рамка) —> FEM 17—> n 2

Пам`ятай! На цьому принципі побудована робота асинхронної машини: обертове магнітне поле створюється струмами трифазної обвитки статора. В обвитці ротора (короткозамкненій або фазній) наводиться трифазна система ЕРС, яка викликає струм в провідниках ротора. Взаємодія цього струму з магнітним обертовим полем згідно із законом Ампера приводить ротор в обертання в з частотою n 2 в напрямі обертання магнітного поля.

Ковзання АД • Коли обертовий момент АД і гальмівний момент робочого механізму зрівноважуються, ротор матиме деяку усталену частоту обертання n 2, меншу від n 1 Різниця частот обертання поля і ротора, віднесена до частоти обертання поля, називається ковзанням: • Отже, ковзання характеризує ступінь відставання ротора стосовно обертового магнітного поля. • Машини, в яких частота обертання ротора n 2 відрізняється від частоти обертання поля n 1 називаються асинхронними.

Коефіцієнт трансформації АД • Відношення Е 1 до Е 2 для нерухомого ротора з розімкненою обвиткою ротора, так само, як у трансформаторі, називають коефіцієнтом трансформації. • • Е 1 – ЕРС статора Е 2 – ЕРС ротора К 1 – обвитковий коефіцієнт статора К 2 – обвитковий коефіцієнт ротора

Електромагнітний момент АД • В асинхронних двигунах потужність від статора до ротора передається обертовим магнітним полем. Ця потужність дорівнює підведеній до двигуна потужності за відрахуванням втрат в статорі (в міді і в сталі) й називається електромагнітною потужністю РЕМ. Вона створює обертовий момент М, який приводить ротор в обертання. • р - кількість пар полюсів.

Де m 2 – кількість фаз обвитки ротора (для “колеса білки” кількість фаз дорівнює кількості стержнів ротора) Одержимо

Враховуючи, що Е 2=Е 1/k, і те що спад напруги в обвитці статора двигуна невеликий - Е 1≈U 1, отримаємо наближену формулу обертового моменту двигуна: Де U 1 – фазна напруга джерела живлення. Для якісного аналізу всі сталі величини у цьому виразі позначимо : Отже, електромагнітний момент асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги живлення.

2. Режими роботи асинхронного двигуна. Пуск, реверсування, регулювання частоти обертання валу двигуна. Втрати енергії та коефіцієнт корисної дії двигуна. Механічні і робочі характеристики.

Характеристики АД Робочими характеристиками асинхронного двигуна називаються залежності споживаної потужності Рр лінійного струму обвитки статора коефіцієнта потужності соsф, моменту на валу М 2, ковзання з і ККД від корисної потужності на валу Р 2 при роботі з номінальною напругою і частотою.

Рис. 8. Робочі характеристики асинхронного двигуна потужністю 15 к. Вт Залежність n-f(М) називають механічною характеристикою асинхронного двигуна.

Пуск АД • Під час пуску АД з номінальною напругою живлення виникають значні пускові струми в обвитці статора, що у декілька (4 -7) разів перевищують номінальні. Це небезпечно для двигуна й для мережі. • Для покращення пускових характеристик АД штучно підвищують опір обвитки ротора, що призводить до збільшення пускового моменту та зменшення пускового струму.

Пам`ятай!!! • Для зміни напряму обертання двигуна необхідно змінити послідовність приєднання обвиток статора до мережі (поміняти місцями будь-які дві фази, наприклад А і В): початок обвитки СІ з'єднати з лінійним провідником В, початок обвитки С 2 - з провідником А, а початок обвитки СЗ залишити приєднаним до провідника С. • Пусковий струм в лінії при сполученні обвиток статора "зіркою" втричі менший, ніж при сполученні їх "трикутником”. Пусковий момент при цьому зменшується теж втричі. • Введення додаткового опору в коло ротора на час пуску дає змогу збільшити пусковий момент аж до максимального значення Мтах і одночасно значно зменшити пусковий струм.

Обертання швидкості обертання ротора регулюються: Зміною частоти f 1 Зміною кількості пар полюсів р Зміною ковзання s

Однофазні АД • Пам`ятай • Особливістю однофазних асинхронних двигунів є відсутність в них пускового моменту, внаслідок чого ці двигуни не можуть самостійно почати обертатися. Для того, щоб асинхронний двигун почав обертатися, його ротор необхідно привести в обертання в той чи інший бік сторонньою силою • При нерухомому роторі результуючий момент однофазного двигуна дорівнює нулеві, тому пусковий момент відсутній (Мп= 0).