Трифазен асинхронен двигател

  • Броячи

За преобразуване на електрическата енергия в механична енергия се използват специални устройства. По-специално, това е асинхронен двигател с късо съединение, което е най-простото устройство от този тип.

Какво е това?

Асинхронен двигател е устройство, което се използва за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия. Работи от основния променлив ток. Основната разлика от синхронната машина е, че този двигател има скорост на статора, по-голяма от честотата на ротора. Този електродвигател е много популярен поради своята надеждност и лекота на използване.

Трифазният и еднофазен двигател се състои от статор и късо съединение, което е илюстрирано на чертежа по-долу. Статорът се състои от отделни цилиндрични стоманени листове и ротор. В каналите, поставени намотка, която е оборудвана с конвенционален захранващ кабел. Намотката на всеки канал е относителна към другата под ъгъл от 120 градуса, в участъка става ясно, че по време на работа жлебовете стават звезда или триъгълник.

Фотоасинхронен двигател

Роторът е ядро, което се намира вътре в статора. Също така е съставен от отделни стоманени листове, които са взаимосвързани посредством разтопена алуминиева сплав. Поради това цялата структура представлява шипове (пръчки). Те, от своя страна, са свързани чрез къси пръстени, прикрепени към краищата на пръчките. Такава клетка на катерица може да бъде свързана и с медни пръстени, но след това двигателят се използва при по-ниски напрежения, за да не се стопи металът.

Дизайн на фототортори

Следва да се отбележи, че благодарение на този дизайн поддръжката на двигателя с асинхронен тип работа е по-проста от синхронната. Поради липсата на четки, работата на устройството е значително разширена.

Устройствата идват в затворени и отворени версии. Устройството, което е взривозащитено, е в специален корпус, защитен е от пожар, когато мрежата е нестабилна. Също така в зависимост от местоположението на ротора устройствата са от следния тип:

  1. Достъпност. В сравнение със синхронни машини, асинхронните разходи са много по-малко. В допълнение, те са много чести. Те могат да бъдат намерени в специализирани магазини, пазари, интернет портали;
  2. Надеждност. В допълнение към отсъствието на четки, които са размазани, значително удължава периода на използване, устройството също се поддава на леко претоварване. Това е необходимо, ако двигателят се използва в индустрии с висока мощност, където са възможни капки напрежение;
  3. Лесен за използване. Стартът се извършва чрез прости интуитивни действия. За включване се използва проста схема;
  4. Висока ефективност в сравнение със синхронни машини.
Типове фото - двигатели

В този случай асинхронният двигател с ротор с катерици има недостатъци:

  1. Висок натискащ ток при номинална скорост. При първото стартиране може да има силно претоварване на електрическата мрежа;
  2. Ниска сигурност. Въпреки защитеното изпълнение на намотките, двигателите от този тип са склонни да се счупят. По-специално, намотката често гори с постоянни капки напрежение;
  3. Съотношението на плъзгане е твърде ниско.

Видео: Трифазни асинхронни двигатели

Принцип на действие

В момента, когато електрическата енергия се подава към статора, всяка фаза започва да излъчва определено магнитно поле. Всеки от тях се върти спрямо другия по 120 градуса. Благодарение на това, общият поток на магнитното поле се върти. Тези магнитни потоци в статора създават електромагнитна индукция. Поради факта, че намотката на ротора е късо съединение, в него възниква определена сила на тока. Този ток взаимодейства с магнитното поле и възниква реакция на стартиране. В момента на максималната скорост на въртене роторът първо спира, като произвежда спирачния момент и след това започва да се върти. Освен това се появява начален лист.

Схема за стартиране на снимка

Това е механично количество, което определя съотношението на честотата на магнитното поле на статора и честотата на въртене на ротора. Измерва се в проценти. Това е много важен индикатор, защото с размера му можете да определите разликата в ротацията между ротора и статора и следователно двигателя.

В началния стадий на работа плъзгането е равно на нула, но след намаляване на електромагнитната индукция той намалява или се увеличава в зависимост от вида работа. Например, при неактивност скоростта намалява, докато при максимална скорост плъзгането се увеличава. Максималното приплъзване се нарича критично. След като устройството започне да се върти с максимална скорост, трябва да наблюдавате скоростта на приплъзване. В противен случай, ако определеното ниво е превишено, стабилността е нарушена. Това води не само до разрушаването на отделните части на устройството, по-специално на стоманените плочи, претоварени от триене, но и на пълното разбиване на двигателя. Изчислението се извършва по формулата:

S = ((n1 - n2) / п1) * 100%

Когато n1 е въртенето на статорното поле и n2 е въртенето на ротора.

Ако асинхронен двигател с късо съединение ротор не успее, неговите технически характеристики падат, и в резултат на това спира. Средното ниво на приплъзване се счита за показатели от 1 до 8%. При някои видове се допуска леко отклонение от тази норма. На тази основа електрическите асинхронни модели работят поради взаимодействието на магнитните полета на статора с токове, които се появяват в намотките на ротора.

Фото - моторна връзка

Спецификации и обозначение

Всеки електродвигател има свои собствени работни параметри, затова преди да закупите устройство, трябва да изчислите необходимите данни. Помислете какви технически характеристики има асинхронен двигател тип AIR с ротор с катерица.

Предимствата на трифазните асинхронни електродвигатели, техническите характеристики, видовете, характеристиките

Електрически мотор с променлив ток, използващ въртящо се магнитно поле, създаден от статор, се нарича асинхронно, ако честотата на полето се различава от тази, с която роторът се върти. Асинхронните трифазни електрически мотори са широко разпространени. Техните технически характеристики са важни за правилната работа. Те включват механични и експлоатационни характеристики. Първата е зависимостта от честотата, с която роторът се върти върху товара. Връзката между тези количества е обратно пропорционална, т.е. колкото по-голямо е натоварването, толкова по-ниска е честотата.

Асинхронни електродвигатели и техните типове

В този случай, както може да се види от графиката, в интервала от нула до максималната стойност, с увеличаване на натоварването, намаляването на честотата е незначително. За такъв асинхронен електродвигател се казва, че неговата механична характеристика е твърда.

Асинхронните електродвигатели при производството на прости и надеждни, следователно, се използват широко.

Има 3 вида асинхронни електродвигатели с ротор с катерици:

единични, двуфазни и трифазни, а освен тях - асинхронни с фазов ротор.

Единична фаза

Първият тип на статора има единична намотка, която получава променлив ток. За да стартирате асинхронен двигател, се използва допълнителна намотка на статор, свързана за кратко с мрежата през капацитет или индуктивност или с късо съединение, за да се постигне началното фазно преместване, необходимо за завъртане на ротора.

Без това тя не може да се движи от магнитното поле на статора. При такъв двигател, както при всеки асинхрон, роторът е направен под формата на цилиндрично ядро ​​с алуминиеви отливки и лопатки за вентилация. Такъв ротор, наречен "клетка катерица", се нарича късо съединение.

Асинхронните електродвигатели се инсталират в устройства, които не изискват голяма мощност, като малки помпи и вентилатори.

двуфазен

Вторият тип, т.е. двуфазен - много по-ефективен. На статора има две намотки, които са перпендикулярни един на друг. На един от тях се захранва алтернативен ток, а другият е свързан с кондензатор за фазово преместване, поради което се създава магнитно въртящо се поле.

Те също имат ротор с катерици. Обхватът им на употреба е много по-широк в сравнение с първия. Двуфазовите машини, задвижвани от еднофазна мрежа, се наричат ​​кондензатори, тъй като те трябва да бъдат оборудвани с кондензатор с фазово преместване.

Три фаза

Трите фази имат три намотки на статора, при които смяната е 120 градуса, така че техните полета се променят със същото количество, когато са включени. Чрез включването на такъв електродвигател в променлива трифазна мрежа, късо съединение, роторът се върти поради възникващото магнитно поле.

Намотките са свързани по една от схемите - "триъгълник" или "звезда". Но във втората връзка напрежението е по-високо и е указано в случая с две стойности - 127/220 или 220/380. Тези мотори са незаменими за работа с лебедки, различни машини, кранове, циркуляри.

Идентният статор е наличен за двигатели с фазов ротор. Магнитният проводник (заряд) се полага в техните жлебове с три намотки. Но няма алуминиеви пръти, но има пълна намотка, която е свързана със "звезда". Три от нейните краища са показани върху хлъзгащите пръстени, които са поставени върху вала на ротора и са изолирани от нея.

1 - корпус и щори;

3 - четки за четки с четка;

4 - закрепване на напречния пръст;

5 - изводи от четките;

7 - изолираща втулка;

8 и 26 - хлъзгащи пръстени;

9 и 23 - външни лагерни капачки и вътрешни;

10 - закрепване на лагерната капачка към кутията;

11 - заден щит;

12 и 15-роторни намотки;

13 - държач за намотаване;

14 - въртящо се жило;

16 и 17 - предния щит на лагера и неговия външен капак;

18 - отвори за вентилация;

20 - статорно ядро;

21 - капачка на външния лагер;

27 - заключения на намотката на ротора

Възможно е моторът да се свърже директно или чрез резистор, като се използват трифазни променливи напрежения към пръстените чрез четки. Последният се отнася до най-скъпия трифазен асинхронен двигател. Характеристиките му, по-специално началният въртящ момент при натоварване, са много по-големи, поради което се поставят в устройства, които се движат под товар: в асансьори, кранове и др.

Как функционира електромоторът?

Тези електродвигатели са широко разпространени в производството и в ежедневието, тъй като са по-ефективни от двигателите, работещи от двуфазна мрежа.

Ако двигателят има статор - неподвижен блок и подвижен ротор, отделен от междинен слой въздух, т.е. не механично взаимодействащи и скоростите на въртене на ротора и магнитното поле не са едни и същи, нарича се асинхронен електродвигател. Устройството и принципът на работа са описани по-долу.

На статора има три намотки с магнитна сърцевина вътре. Самият статор се набира от плочи от електрическа стомана. Те са разположени под ъгъл от 120 градуса един спрямо друг и фиксирани в процепите на стационарния статор. Дизайнът на ротора се основава на лагери. Предлага се работно колело за вентилация.

Поради факта, че между честотата, с която роторът се върти и магнитното поле, има забавяне, т.е. първият вид улов с поле, но не може да направи това поради по-ниската скорост, той се нарича асинхронен електродвигател. Принципът на действие се състои в индуциране на токове от ротор, създаващ свое собствено поле, което на свой ред взаимодейства със статорното магнитно поле, принуждавайки ротора да се движи.

Скоростта на въртене на вала може да се промени с помощта на регулатора на оборотите на асинхронния двигател, т.е. метод за промяна на регулирането чрез промяна на фазовото напрежение или използване на модулация с ширина на импулса.

Като регулатор на скоростта на въртене на електродвигателя можете да използвате инвертор (регулатор на напрежението-регулатор), който ще играе ролята на източник на енергия. Захранващото напрежение след регулатора ще варира в зависимост от скоростта на въртене.

Електродвигателите могат да бъдат с много скорост, т.е. предназначени за механизми, които се нуждаят от регулиране на скоростта на скоростта. При маркирането им има символи: AOL, AO2, 4A и т.н. Диаграмата на свързване е в паспорта или е показана на клемната кутия.

Препоръчваме:

Важна особеност на две скорости е възможността за работа в два режима. Те са етикетирани (местни): AMH, AD, AIR, 5AM, AIRHM. За да вземете внесения 2-степенен двигател, трябва да посочите таблицата с данни, налична в тялото.

предимства

Основното предимство е:

  • Простият дизайн на електродвигателя, липсата на износващи се части бързо (без колекторна група) и допълнително триене (същата причина).
  • Не е необходима допълнителна конверсия за електроенергия, тъй като се извършва директно от трифазната индустриална мрежа.
  • Малък брой части правят двигателя много надежден.
  • Срокът на експлоатация е впечатляващ.
  • Лесно се поддържа и ремонтира.

Недостатъци, разбира се, също съществуват.

Те включват:

  • малък начален момент, поради който областта на неговото приложение е ограничена;
  • значителни начални токове, понякога надвишаващи допустимите стойности в системата за захранване;
  • висока реактивна консумация на енергия, намалявайки механичната мощност.

Електрически схеми

Има две възможности за свързване, които осигуряват работата на асинхронен електродвигател - веригата за свързване звезда и делта.

звезда

Използва се за трифазна схема, при която величината на напрежението на мрежата е 380 волта. Особеността на връзката звезда е, че краищата на намотките трябва да бъдат свързани в една точка: C4, C5 и C6 (U2, V2 и W2). Началото на намотките: C1, C2 и C3 (U1, V1 и W1) са свързани към проводници А, В и С (L1, L2 и L3) чрез комутационно оборудване.

Напрежението между началните стойности съответства на 380 волта и на местата, където фазовите проводници са свързани към намотките - 220v.

Свързването на асинхронен двигател при 220 е обозначено като Y. За защита срещу претоварване на двигателя в точката на свързване на намотките е свързан неутрал.

Такава връзка, електрическият мотор, който е пригоден да работи от 380 волта, не позволява да достигне пълна мощност, тъй като напрежението на намотките е само 220V. Но от друга страна, той предпазва от претоварване, благодарение на което стартът е гладък.

С поглед към кутията с терминали е лесно да се разбере какво е свързването. Ако има скок, свързващ 3 пина, тогава се използва звезда.

триъгълник

Ако краищата на намотките са свързани с началото на предишните, то това е "триъгълник".

Съгласно старата маркировка, C4 е свързан към C2 терминала, след това - С5 с С3 и С6 с С1. В новата версия на маркировката изглежда така: свържете U2 и V1, V2 и W1, W2 и U1. Напрежението между намотките е 380 волта. Но връзката с неутрална или "работна нула" не се изисква. Характеристика на тази връзка са големите стойности на изходните токове, които са опасни за окабеляването.

На практика, понякога се използва комбинирана връзка, т.е. по време на стартиране и ускоряване се използва "звезда", а "триъгълник" се използва допълнително, т.е. режим на работа.

Клемната кутия, по-точно три превключватели между терминалите, ще помогне да се определи дали схемата "делта" е приложена към връзката.

Преобразуване на енергията

Енергията, която се подава към намотките на статора, се превръща от асинхронен електродвигател в енергията на въртене на ротора, т.е. механично. Но количеството енергия на изхода и входа е различно, тъй като част от него се губи от вихрови токове и хистерезис, триене и нагряване.

То се разсейва под формата на топлина, поради което е необходим и охлаждащ вентилатор за охлаждане. Ефективността на асинхронните електродвигатели в широк диапазон на натоварване е висока и достига 90% и 96% за много мощни.

Предимства на трифазна система

Основното предимство на трифазните в сравнение с еднофазни и двуфазни двигатели се счита за икономично. В този случай за предаване на енергия има три проводника, а относителната текуща промяна в тях е 120 градуса. Стойността на амплитудите и честотите със синусоидална емфа е еднаква при различните фази.

Важно: при всяка връзка, в зависимост от напрежението, краищата на намотките могат да бъдат свързани във вътрешността на двигателя (три проводника, излизащи от него) или да бъдат изведени навън (6 проводника).

Какви са версиите на електродвигателите?

Наличието в маркировката на буквата "U" показва, че целта на електродвигателя е да работи в умерен климат, където годишните температури са в границите от + 40 градуса до 40 градуса. Тропическият климат трябва да присъства в етикета "Т".

Така че двигателят работи нормално в температурния диапазон от +50 до -10. За морския климат обозначението е "ОМ", за всички области, с изключение на много студено - "О" (+35 - 10 градуса). Накрая, за райони с много студен климат - "UHL", което означава нормална работа при температури от над 40 до минус шестдесет градуса.

Електродвигателите също са разделени според специални опции за проектиране. Ако видите буквата "C", това означава, че двигателят е с по-голямо приплъзване. Ако "P" е с висок стартов въртящ момент, "K" е с фазов ротор, а "E" е електромагнитна вградена спирачка.

В допълнение, те са:

  • върху монтажните лапи, разположени на основата на корпуса, и отворите, предназначени за закрепване. Подобни двигатели се намират в дървообработващи машини и компресори, в електрически машини с ремъчно задвижване и т.н.
  • фланец, т.е. върху корпуса фланците имат отвори за закрепване към скоростната кутия. Често се използва в електрически помпи, бетонобъркачки и други устройства;
  • комбинирани, т.е. с фланци и лапи. Те се наричат ​​универсални, защото могат да бъдат прикрепени към всяко оборудване.

Синхронни и асинхронни електродвигатели или разликите между тях

В допълнение към асинхронните двигатели има синхронни, различаващи се от първия, тъй като честотата на въртящия се ротор отговаря на честотата на магнитното поле. Основните му елементи са индуктор, разположен на ротора, и котва, разположена върху статора. Те са отделени, както в асинхронната въздушна междина. Те функционират като електродвигател или генератор.

В първото изпълнение, устройството работи поради взаимодействието на магнитното поле, създадено в котвата с полето на полюсите на индуктора. Операцията в генераторния режим се осигурява от електромагнитна индукция, причинена от въртяща се котва в магнитно поле, образувано в намотката.

Полето взаимодейства на свой ред с фазите на намотката на статора, формирайки електродвижеща сила. По проект синхронните двигатели са по-сложни от асинхронните.

Заключение: За синхронни електродвигатели скоростта на ротора е същата като честотата на магнитното поле, а за асинхронните са различни.

Тези характеристики определят употребата на първата, когато е необходима мощност от 100 kW и повече, а втората в случаи до 100 kW.

Видео: Асинхронен двигател. Модел и принцип на работа.

Трифазен асинхронен двигател

Простотата на производството, ниската цена и надеждността на работата доведоха до факта, че асинхронният двигател (BP) се превърна в най-разпространеният електрически двигател. Те могат да работят както от трифазна електрическа мрежа, така и от еднофазна.

Използват се трифазни асинхронни двигатели:

-в нерегулирани електрически задвижвания на помпи, вентилатори, компресори, вентилатори, абсорбатори на дим, конвейери, автоматични линии, машини за щамповане и щамповане и др.

-в регулируеми електрически задвижвания на металорежещи машини, манипулатори, роботи, повдигащи механизми, общи промишлени механизми с различно изпълнение и др.

Проектирането на трифазен асинхронен двигател

В зависимост от метода на навиване на ротора на индукционния двигател, последните се разделят на две групи: мотори с късо съединение на намотката на ротора и мотори с фазова намотка върху ротора.

Двигателите с късо съединение на ротора са по-евтини за производство, надеждни при работа, имат твърда механична характеристика, т.е. когато товарът се променя от нула до номинална, скоростта на машината намалява само с 2-5%. Недостатъците на такива двигатели включват трудността при гладко регулиране на скоростта на въртене в широк обхват, относително малък начален въртящ момент, както и големи изходни токове, 5-7 пъти по-високи от номиналните.

Тези недостатъци нямат двигатели с фазов ротор, но дизайнът на ротора е много по-сложен, което води до увеличаване на цената на двигателя като цяло. Следователно, те се използват в случай на тежки начални условия и, ако е необходимо, плавно регулиране на скоростта на въртене в широк диапазон. При лабораторната работа се разглежда двигател с ротор с катерици.

Трифазният асинхронен двигател има неподвижна част - статора 6 (фигура 6.1), върху който намотка се създава въртящо се магнитно поле и подвижна част - ротор 5 (фигура 6.1), в който е създаден електромагнитен момент, който задвижва самия ротор и изпълнителната механизъм.

Статорът има формата на кух цилиндър (фиг. 6.2). За да се намалят енергийните загуби от вихрови токове, те се набират от отделни листове от електрическа стомана, изолирани една от друга с лаково покритие.

На вътрешната повърхност на сърцевината има слотове, в които е поставена намотката на статора. Ядрото се притиска в тялото (рамката) 7 (фигура 6.1), произведена от чугун или алуминиева сплав.

В двигател с един чифт полюси, статорната намотка е направена от три еднакви бобини, наречени фази. Всяка фаза на намотката се поставя в противоположни жлебове на статорното ядро, фазите на намотката се преместват в пространство една спрямо друга под ъгъл и се свързват съгласно специални правила. Началото и краят на фазите на намотката на статора се свързват към изходните клеми на клемната кутия 4 (фигура 6.1), което позволява свързването на фазите на намотката на статора със звезда или триъгълник. В тази връзка асинхронният мотор може да бъде свързан към мрежата с линейно напрежение, равно на Uph на намотката (статорната намотка е свързана с триъгълник) или Uph (намотката е свързана със звезда).

Фиг. 6.1. - Общ изглед на асинхронен двигател:

лагери - 1 и 11, вал - 2, лагерни щитове - 3 и 9, клемна кутия - 4, ротор - 5, статор - 6,

предните части на статорната фазова намотка - 8, вентилаторът - 10, капачката - 12, ребрата - 13, краката - 14, земята на болта - 15

Асинхронни машини

2.1. История на създаването и обхвата на асинхронните двигатели

Понастоящем асинхронните машини се използват предимно в режим на двигателя. Машините с капацитет повече от 0.5 kW обикновено се изпълняват от трифазни и при по-ниска мощност - от еднофазни.

За първи път беше разработен, създаден и тестван от руския ни инженер М. О. Доливо-Доброволски през 1889-91 г. конструкцията на трифазен асинхронен двигател. Първите двигатели бяха демонстрирани на Международния електротехнически панаир във Франкфурт на Майн през септември 1891 г. Изложбата включваше три трифазни двигатели с различна мощност. Най-мощният от тях е с мощност от 1,5 kW и е използван за задвижване на DC генератора в ротация. Дизайнът на асинхронния двигател, предложен от Dolio-Dobrovolsky, се оказа много успешен и е основният вид на дизайна на тези двигатели досега.

През годините асинхронните двигатели са намерили широко приложение в различни отрасли и селско стопанство. Използват се за електрическо задвижване на металорежещи машини, подемни и транспортни машини, конвейери, помпи, вентилатори. В устройствата за автоматизация се използват двигатели с малка мощност.

Широкото използване на асинхронни двигатели се дължи на предимствата им в сравнение с други двигатели: висока надеждност, възможност за работа директно от променливотоково захранване, лесна поддръжка.

2.2. Устройството на трифазната асинхронна машина

Фиксираната част на машината се нарича статор, подвижната част - ротора. Статорното ядро ​​е сглобено от електрическа стоманена ламарина и е притиснато в рамката. На фиг. 2.1 показва структурата на статорната сърцевина. Леглото (1) е отлято от немагнитен материал. Най-често леглото е направено от чугун или алуминий. На вътрешната повърхност на листовете (2), от които е направена статорната сърцевина, има жлебове, в които е поставена трифазна намотка (3). Стационарната намотка е направена предимно от изолирана медна тел с кръгло или правоъгълно напречно сечение, по-рядко от алуминий.

Стационарната намотка се състои от три отделни части, наречени фази. Началото на фазите се обозначава с буквите $ c_1,

Началото и краят на фазите се довеждат до клемния блок (фигура 2.2.а), монтиран върху рамката. Намотката на статора може да бъде свързана според звезда (фиг.2.2.b) или триъгълник (фиг.2.2.с). Изборът на схемата за свързване на статорната намотка зависи от напрежението в мрежата и данните от паспорта на двигателя. В паспорта на трифазен двигател са зададени напреженията на мрежата и свързващата верига на намотката на статора. Например, 660/380, Y / Δ. Този двигател може да бъде свързан към мрежата с $ U_l = 660V $ според звездната верига или мрежата с $ U_l = 380V $ - според схемата на триъгълника.

Основната цел на намотката на статора е да се създаде въртящо се магнитно поле в машината.

Ядрото на ротора (фиг. 2.3.б) се набира от листове от електрическа стомана, от външната страна на които има жлебове, в които е поставена роторната намотка. Намотката на ротора е от два вида: късо съединение и фаза. Съответно, асинхронните двигатели идват с ротор на катерица и фазов ротор (с хлъзгащи пръстени).

Краткотрайната намотка (фиг. 2.3) на ротора се състои от пръчки 3, които се поставят в процепите на сърцевината на ротора. От краищата тези пръчки се затварят с крайни пръстени 4. Такава намотка напомня "катерица" и се нарича "катерица" (фиг. 2.3.а). Моторният катер на катерица няма движещи се контакти. Поради това такива двигатели са много надеждни. Роторната намотка е изработена от мед, алуминий, месинг и други материали.

Доливо-Доброволски пръв създаде двигател с ротор на катерица и изследва свойствата си. Той разбра, че такива двигатели имат много сериозен недостатък - ограничен начален въртящ момент. Доливо-Доброволски обясни причината за този недостатък - много къс ротор. Той също така предложи дизайн на мотор с фазов ротор.

На фиг. Фигура 2.4 показва изглед на асинхронна машина с фазов ротор в секцията: 1 - легло, 2 - статорна намотка, 3 - роторна, 4 - хлъзгащи пръстени, 5 - четки.

При фазовия ротор намотката е трифазна, подобна на намотката на статора, със същия брой двойки полюси. Бобините на намотката се поставят в процепите на сърцевината на ротора и се свързват според звездата. Краищата на всяка фаза са свързани с приплъзващи пръстени, прикрепени към вала на ротора, и чрез четки се извеждат към външната верига. Плъзгащите пръстени са изработени от месинг или стомана, те трябва да бъдат изолирани един от друг и от вала. Металните четки се използват като четки, които се притискат към контактните пръстени с помощта на пружинни пружини, закрепени в тялото на машината. На фиг. 2.5 показва символа на асинхронен двигател с късо съединение (a) и фаза (b).

На фиг. Фигура 2.6 е изглед в разрез на асинхронна машина с ротор на катеричка с катерици: 1-слойна, 2-статорна сърцевина, 3-статорна намотка, 4-роторна сърцевина с късо съединение, 5-валова.

На таблото на устройството, прикрепено към рамката, данните се дават: $ P_n,

n_n $, както и вида на машината.

  • $ P_n $ е номиналната нетна мощност (на вал)
  • $ U_n $ и $ I_n $ са номиналните стойности на напрежението и тока на линията за определената схема на свързване. Например, 380/220, Y / Δ, $ I_n $ Y / $ I_n $ Δ.
  • $ n_n $ - номинална скорост в обороти в минута.

Видът на машината, например, е даден във формата 4AH315S8. Това е асинхронен двигател (A) от четвъртата серия от защитени характеристики. Ако липсва буквата H, двигателят е затворен.

  • 315 - височина на оста на въртене в мм;
  • S - инсталационни размери (те са посочени в указателя);
  • 8 - броя на полюсите на машината.

2.3. Получаване на въртящо се магнитно поле

  1. наличието на поне две намотки;
  2. токовете в намотките трябва да бъдат различни във фаза
  3. Оста на намотките трябва да бъде изместена в пространството.

При трифазната машина с една двойка полюси ($ p = 1 $) оста на намотките трябва да се измести в пространството под ъгъл от 120 °, с две двойки стълбове ($ p = 2 $), оста на намотките трябва да се измести в пространството под ъгъл от 60 ° и t.d.

Помислете за магнитно поле, което е създадено с използване на трифазна намотка с една двойка полюси ($ p = 1 $) (фигура 2.7). Осите на фазовите намотки са изместени в пространството под ъгъл от 120 °, а магнитните индукции на отделни фази, създадени от тях ($ B_A,

B_C $) също са изместени в пространството под ъгъл от 120 °.

Магнитните индукции на полетата, създадени от всяка фаза, както и напреженията, приложени към тези фази, са синусоидални и се различават във фаза под ъгъл от 120 °.

Приемайки началната фаза на индукция във фаза $ A $ ($ φ_A $), равна на нула, можем да напишем:

Магнитната индукция на полученото магнитно поле се определя от векторната сума на тези три магнитни индукции.

Намерете получената магнитна индукция (Фигура 2.8), като използвате векторни диаграми, като ги конструирате за няколко точки във времето.

Както е показано на фиг. 2.8, магнитната индукция $ B $ на полученото магнитно поле на машината се върти, оставайки непроменена в мащаба. По този начин трифазната намотка на статора създава кръгово въртящо се магнитно поле в машината. Посоката на въртене на магнитното поле зависи от реда на фазовото въртене. Магнитуд на получената магнитна индукция

Честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ зависи от честотата на мрежата $ f $ и броя двойки полюси на магнитното поле $ p $.

$ n_0 = (60 f) / p $, [rpm].

Моля, обърнете внимание, че честотата на въртене на магнитното поле не зависи от режима на работа на асинхронната машина и нейното натоварване.

При анализиране на работата на асинхронна машина често се използва концепцията за скоростта на въртене на магнитно поле $ ω_0 $, която се определя от отношението:

$ ω_0 = (2 π f) / p = π n_0 / 30 $, [rad / s].

2.4. Режими на работа на трифазна асинхронна машина

Асинхронната машина може да работи в режимите на двигателя, генератора и електромагнитната спирачка.

Режим на двигателя

Този режим се използва за преобразуване на консумираната от мрежата електрическа енергия в механична.

Нека намотката на статора да създаде магнитно поле, въртящо се с честота $ n_0 $ в определената посока (Фигура 2.9). Това поле ще се управлява съгласно закона за електромагнитната индукция в намотката на ротора ЕМП. Посоката на ЕМП се определя от правилото на дясната ръка и е показано на фигурата (линиите на сила трябва да влязат в дланта, а палецът трябва да бъде насочен по посока на проводника, т.е. ротора спрямо магнитното поле). В намотката на ротора ще се появи ток, чието направление ще приемем да съвпада с посоката на ЕМП. В резултат на взаимодействието на роторната намотка с токово и въртящо се магнитно поле, възниква електромагнитна сила $ F $. Направлението на силата се определя от правилото на лявата ръка (линиите на сила трябва да влязат в дланта, четири пръста по посока на тока в намотката на ротора). В този режим (фиг.2.9), електромагнитната сила ще създаде въртящ момент, под действието на който роторът ще започне да се върти с честота $ n $. Посоката на въртене на ротора съвпада с посоката на въртене на магнитното поле. За да промените посоката на въртене на ротора (обърнете двигателя), трябва да промените посоката на въртене на магнитното поле. За да се обърне мотора, е необходимо да се промени фазовата последователност на приложеното напрежение, т.е. превключете две фази.

Нека под действието на електромагнитния момент роторът започва да се върти с честотата на въртене на магнитното поле ($ n = n_0 $). В този случай в намотката на ротора EMF $ E_2 $ ще бъде нула. Токът в намотката на ротора $ I_2 = 0 $, електромагнитният момент $ M $ също ще стане нула. Поради това роторът ще се върти по-бавно, в намотката на ротора ще се появи ЕМФ, токът. Ще се появи електромагнитен момент. По този начин, в режим на двигателя, роторът ще се върти асинхронно с магнитното поле. Скоростта на ротора ще се промени, когато натоварването на вала се промени. Оттук и името на двигателя - асинхронно (асинхронно). С увеличаването на натоварването на вала двигателят трябва да развие по-голям въртящ момент и това се случва, когато скоростта на ротора намалява. За разлика от скоростта на ротора, честотата на въртене на магнитното поле не зависи от товара. За да се сравни честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ и ротора n, е въведен коефициент, който се нарича "приплъзване" и е означен с буквата $ S $. Подхлъзването може да бъде измерено в относителни единици и като процент.

$ S = (n_0 - n) / n_0 $ или $ S = [n_0 - n) / n_0] 100% $.

При стартиране на индукционния мотор $ n = 0,

S = 1 $. В перфектен режим на готовност $ n = n_0,

S = 0 $. По този начин, в режим на двигателя, плъзгането се променя в рамките на:

Когато асинхронните двигатели работят в номинален режим:

Реални асинхронни двигатели с празен ход:

Режим генератор

Този режим служи за превръщане на механичната енергия в електрическа енергия, т.е. асинхронната машина трябва да развие спирачен момент на вала и да достави електрическа енергия в мрежата. Асинхронната машина преминава в режим на генератор, ако роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле ($ n gt n_0 $). Този режим може да възникне например при регулиране на скоростта на ротора.

Нека $ n gt n_0 $. В този случай посоката на ЕМП и тока на ротора ще се промени (в сравнение с режима на двигателя) и ще се промени посоката на електромагнитната сила и електромагнитния момент (фиг. 2.10). Машината започва да развива спирачен момент върху вала (изразходва механична енергия) и връща електрическа енергия в мрежата (посоката на тока на ротора е променена, т.е. посоката на пренос на електрическа енергия).

По този начин, в генераторния режим, плъзгането варира в рамките на:

Режим на електромагнитна спирачка

Този режим на работа се получава, когато роторът и магнитното поле се завъртат в различни посоки. Този режим на работа се осъществява при обръщане на индукционен двигател, когато последователността на фазите се променя, т.е. посоката на въртене на магнитното поле се променя и роторът се върти в същата посока чрез инерция.

Съгласно фиг. 2.11 електромагнитната сила ще създаде спирачен електромагнитен момент, под действието на който скоростта на ротора ще намалее, и тогава ще се получи обратното.

При режим на електромагнитна спирачка машината консумира механична енергия, развива спирачен момент на вала и едновременно с това изразходва електрическа енергия от мрежата. Цялата тази енергия отива да загрява колата.

По този начин при режим на електромагнитна спирачка плъзгането се променя в рамките на:

2.5. Процеси в асинхронна машина

2.5.1. Статорна верига

Магнитното поле, създадено от намотката на статора, се върти спрямо стационарния статор с честота $ n_0 = 60f / p $ и ще предизвика ЕМФ в намотката на статора. Ефективната стойност на ЕМФ, предизвикана от това поле в една фаза на намотката на статора, се определя от израза:

$ E_1 = 4.44 w_1 k_1 f Φ $,

където: $ k_1 = 0.92 ÷ 0.98 $ - коефициент на намотаване;
$ f_1 = f $ - честота на мрежата;
$ w_1 $ - броят на завъртанията на една фаза на намотката на статора;
Φ - полученото магнитно поле в колата.

б) уравнението на електрическото равновесие за фазата на навиване на статора.

Това уравнение се конструира по аналогия с бобина с променлив ток с ядро.

Тук, $ Ú $ и $ Ú_1 $ са мрежовото напрежение и напрежението, приложено към намотката на статора.
$ R_1 $ е активното съпротивление на статорната намотка, свързано с загубите от нагряване на намотката.
$ x_1 $ е индуктивната съпротива на намотката на статора, свързана с потока на изтичане.
$ z_1 $ е импеданс на статорната намотка.
$ İ_1 $ - ток в намотката на статора.

Когато анализираме работата на асинхронни машини, често вземаме $ I_1 z_1 = 0 $. След това можете да напишете:

$ U_1 ≈ E_1 = 4.44 w_1 k_1 f $.

От този израз следва, че магнитният поток Φ в асинхронна машина не зависи от неговия режим на работа, а за дадена мрежова честота $ f $ зависи само от ефективната стойност на приложеното напрежение $ U_1 $. Подобна връзка съществува и в друга AC машина - в трансформатор.

2.5.2. Верижен ротор

а) Честота на тока на емф и ротор.

При стационарен ротор честотата на emf $ f_2 $ е равна на честотата на мрежата $ f $.

$ f_2 = f = (n_0p) / 60 $.

При въртящ се ротор честотата на ЕМП на ротора зависи от честотата на въртене на магнитното поле по отношение на въртящия се ротор, която се определя от отношението:

След това честотата на ЕМП на въртящия се ротор:

Честотата на ЕМП на ротора се променя пропорционално на плъзгането и в режима на двигателя има най-голяма стойност към момента на стартиране на курса.

Нека при $ f = 50 $ Hz, номиналният шрифт $ S_n = 2 $%. След това при номиналната скорост на ротора $ f_2 = f × S_n = 1 $ Hz.

Така при роторната намотка на асинхронна машина, честотата на индуцираната емф зависи от скоростта на ротора.

С фиксиран ротор $ f_2 = f $ и ефективната стойност на ЕМФ се определя по аналогия с $ E_1 $.

$ E_2 = 4.44 w_2 k_2 f $,

където: $ w_2 $ и $ k_2 $ са респективно броя на завъртанията и коефициента на намотката на намотката на ротора.

Ако роторът се върти, тогава $ f_2 = f × S_n $ и emf на въртящия се ротор се определя от отношението:

$ E_ <2S>= 4.44 w_2 k_2 f_2 ^ = E_2 S $.

EMF индуцираната в намотката на ротора варира пропорционално на плъзгането и в режима на двигателя има най-голяма стойност към момента на пускане.

Съотношението на ЕМФ на статора към ЕМФ на неподвижния ротор се нарича съотношението на трансформация на асинхронната машина.

Написваме равновесно уравнение за една фаза на късо съединение на ротор.

С фиксиран ротор.

където: $ x_2 = 2πfL_2 $ е индуктивното съпротивление на намотката на неподвижния ротор, свързано с потока на изтичане;
$ R_2 $ е активното съпротивление на намотката на ротора, свързано с загубите от нагнетяване на намотката.

С въртящ се ротор.

където: $ x_<2S>= 2πf_2L_2 = 2πfL_2S = x_2S $ е индуктивното съпротивление на намотката на въртящия се ротор.

За тока на ротора в общия случай можете да получите това съотношение:

От това следва, че токът на ротора зависи от приплъзването и се увеличава с увеличението му, но по-бавно от ЕМП.

Роторната намотка, подобно на намотката на статора, е многофазна и когато се появи ток в нея, създава свое собствено въртящо се магнитно поле. Обозначаваме с $ n_2 $ честотата на въртене на магнитното поле на ротора спрямо ротора.

$ n_2 = (60 f_2) / p = (60 f S) / p $.

Тук $ p $ е броят на полюсните двойки на намотката на ротора, той винаги е равен на броя двойки полюси на намотката на статора.

Що се отнася до статора, магнитното поле на ротора се върти с честота

От получената връзка следва, че магнитното поле на ротора спрямо статора се върти със същата честота като магнитното поле на статора. По този начин магнитните полета на ротора и статора са фиксирани една спрямо друга. Следователно, при анализиране на работата на асинхронна машина могат да се приложат същите взаимоотношения като трансформатора.

2.5.3. Статорен ток

Тъй като полученото магнитно поле на асинхронната машина не зависи от нейния режим на работа, е възможно да се направи уравнение на магнитомотивните сили за една фаза, като се приравнява магнитомотивната сила в режим на работа на празен ход към сумата от магнитомотивните сили в режим на натоварване.

$ İ_0 w_1 k_1 = 1_1 w_1 k_1 + 2_2 w_2 k_2 $

От тук $ İ_1 = İ_0 + İ'_2 $.

Тук $ I_0 $ е токът в намотката на статора в идеалния режим на работа на празен ход, $ I'_2 = -I_2 (w_2k_2) / (w_1k_1) $ е компонентът на статорния ток, който компенсира действието на магнитно задвижващата сила на роторната намотка. Полученият израз за тока на статора отразява саморегулиращата способност на асинхронната машина. Колкото по-висок е токът на ротора, толкова по-голям е токът на статора. В режим на готовност токът на статора е минимален. В режим на натоварване токът на статора се увеличава. Действителен ток без товар на асинхронна машина $ I_0 = (20 ÷ 60)% I<1н>$ и значително повече в сравнение с номиналния ток, отколкото трансформатора. Това се обяснява с факта, че текущата стойност $ I_0 $ зависи от магнитното съпротивление на средата, в която е създадено магнитното поле. Асинхронната машина, за разлика от трансформатора, има въздушна междина, която ще създаде голяма устойчивост на магнитното поле.

2.6. Електромагнитна асинхронна машина за момента

Електромагнитният момент се получава в присъствието на магнитно поле, създадено от намотката на статора и тока в намотката на ротора. Може да се покаже, че електромагнитният момент се определя от отношението:

$ M = C Φ I_2 cos ψ_2 $.

Тук: - конструктивен фактор;
$ ω_0 = 2 π f / p $ е скоростта на въртене на магнитното поле;
$ ψ_2 $ - фазово отместване между ЕМП и тока на ротора;
$ I_2 cos ψ_2 $ е активната съставка на тока на ротора.

По този начин магнитудът на електромагнитния момент зависи от полученото магнитно поле Φ и активния компонент на тока на ротора.

На фиг. 2.12 е дадено обяснение на ефекта на $ cos ψ_2 $ върху величината на електромагнитния момент: a) $ ψ_2 = 0 ° $, $ ( cos ψ_2 = 1) $; б) $ ψ_2 = 90 ° $, $ ( cos ψ_2 = 0) $.

Както е показано на фиг. 2.12.а, ако $ ψ_2 = 0 ° $, всички проводници на намотката на ротора участват в създаването на електромагнитния момент, т.е. моментът е най-важен. Ако $ ψ_2 = 90 ° $ (фигура 2.12.b), получената електромагнитна сила и момент са нула.

В моторния режим, когато натоварването на вала се промени, скоростта на ротора се променя, което води до промяна на плъзгането, честотата на тока на ротора, индуктивната съпротива на ротора и $ cos _2 $. В резултат на това въртящият момент се променя. На фиг. 2.13 обяснението за влиянието на индуктивната устойчивост на ротора върху ъгъла $ ψ_2 $ се дава: a) при $ S = 1 $ (стартиране); б) при $ S≤1 $ (след ускорение). Най-големите стойности на ЕМП и честотата на тока на ротора са по време на пускането в курса, когато плъзгането е $ S = 1 $. В същото време $ f_2 = f_1 $, $ X_2 gt gt R_2 $, ъгълът $ ψ_2 $ е близо до $ 90 ° $ (Фигура 2.13.а).

Поради малкия $ cos ψ_2 $ по време на пускане, асинхронните двигатели имат ограничен начален въртящ момент. Множеството начален въртящ момент (в сравнение с номиналния) е

$ M_ <пуск>/ M_n = 0,8 ÷ 1,8 $.

Освен това, големият брой се отнася до двигатели със специален дизайн с подобрени начални свойства.

Когато моторният ротор се ускори, честотата на тока на ротора намалява, индуктивната устойчивост на ротора намалява.<2S>$ и ъгълът $ ψ_2 $ намалява (фигура 2.13.б). Това води до увеличаване на въртящия момент и по-нататъшно ускорение на двигателя.

Заменяме отношенията за $ I_2 $, $ cos ψ_2 $ и Φ, получени по-рано за израза за електромагнитния момент:

където: $ k_<тр>$ - съотношението на трансформация на асинхронната машина.

Express $ E_2 = E_1 / k_<тр>$ и $ E_1 $ се равняват на напрежението $ U_1 $, сумирано на намотката на статора ($ E_1≈U_1 $). В резултат на това получаваме друг израз за електромагнитния момент, който е удобен за използване при анализиране на работата на машината при изграждането на нейните характеристики

От получения израз за електромагнитния момент следва, че той силно зависи от приложеното напрежение ($ M sim U_1 ^ 2 $). Ако например напрежението спадне с 10%, електромагнитният момент намалява с 19% ($ M sim (0.9U_1) ^ 2 = 0.81U_1 ^ 2 $). Това е един от недостатъците на асинхронните двигатели, тъй като води до намаляване на производителността на труда и увеличаване на отпадъците в производството.

2.7. Зависимостта на електромагнитния момент от плъзгането

Изразът за електромагнитния момент (*) е валиден за всеки режим на работа и може да бъде използван за изграждане на зависимостта на момента от приплъзването, когато последният се променя от $ + ∞ $ до $ -∞ $ (фигура 2.14).

Обмислете частта от тази характеристика, съответстваща на режима на двигателя, т.е. когато се плъзга, променяйки се от 1 на 0. Отбележете момента, разработен от двигателя по време на стартиране ($ S = 1 $) като $ M_<пуск>$. Схлъзгането, при което моментът достига най-високата стойност, се нарича критичен приплъзване $ S_<кр>$ и максималната стойност на момента - критичния момент $ M_<кр>$. Съотношението на критичната към номиналната се нарича претоварване на двигателя

$ M_ <кр>/ M_n = λ = 2 ÷ 3 $.

От анализа на формулата (*) до максимума, може да се получат отношения за $ M_<кр>$ и $ s_<кр>$

Критичният момент не зависи от активното съпротивление на ротора, а зависи от приложеното напрежение. Намаляването на $ U_1 $ намалява капацитета на претоварване на асинхронен двигател.

От израза (*), разделящ $ M $ на $ M_<кр>$, можете да получите формула, позната като "формула на Kloss", удобна за конструиране на $ M = f (S) $.

Ако заменим номиналните стойности на момент и приплъзване вместо $ M $ и $ S $ ($ M_n $ и $ S_n $) в тази формула, тогава можем да получим връзка за изчисляване на критичния приплъзване.

Характеристиките на графиката (фиг.2.14), при които плъзгането варира от 0 до $ S_<кр>$, съответства на стабилната работа на двигателя. На този сайт се намира точката на номиналния режим ($ M_n $, $ S_n $). В диапазона на приплъзване от 0 до $ S_<кр>Промяната в натоварването на вала на двигателя ще доведе до промяна на скоростта на ротора, промяна на приплъзването и промяна на въртящия момент. С увеличаването на въртящия момент на вала, скоростта на ротора ще се понижи, което ще доведе до увеличаване на въртящия момент и на електромагнитния (въртящ момент) въртящ момент. Ако въртящият момент на натоварването надвиши критичния въртящ момент, двигателят ще спре.

Частта от характеристиката, при която промяната се променя от $ S_<кр>$ 1 отговаря на нестабилната работа на двигателя. Тази част от характеристиките на двигателя преминава през началото на курса и по време на спиране.

2.8. Механична характеристика на асинхронен двигател

Механичната характеристика обикновено се разбира като зависимостта на скоростта на ротора като функция на електромагнитния момент $ n = f (M) $. Тази характеристика (фиг.2.15) може да се получи с помощта на зависимостта $ M = f (S) $ и преизчисляване на скоростта на ротора за различни стойности на приплъзване.

Тъй като $ S = (n_0-n) / n_0 $, оттук $ n = n_0 (1-S) $. Припомнете, че $ n_0 = (60f) / p $ е честотата на въртене на магнитното поле.

Раздел 1-3 съответства на стабилна работа, раздел 3-4 съответства на нестабилна работа. Точка 1 съответства на идеалния празен ход на двигателя, когато $ n = n_0 $. Точка 2 съответства на номиналния режим на двигателя, неговите координати са $ M_n $ и $ n_n $. Точка 3 съответства на критичния момент $ M_<кр>$ и критичната честота $ n_<кр>$. Точка 4 съответства на началния въртящ момент на двигателя $ M_<пуск>$. Механичната характеристика може да бъде изчислена и конструирана от паспортни данни. Точка 1:

където: $ p $ е броят на полюсните двойки на машината;
$ f $ - честота на мрежата.

Точка 2 с координати $ n_n $ и $ M_n $. Номиналната честота на въртене $ n_n $ е посочена в паспорта. Номиналният момент се изчислява по формулата:

тук: $ P_n $ - номинална мощност (мощност на вала).

Точка 3 с координати $ M_<кр>n_<кр>$. Критичният момент се изчислява по формулата $ M_<кр>= M_nλ $. Капацитетът на претоварване λ е зададен в паспорта на двигателя $ n_<кр>= n_0 (1-S_<кр>) $,, $ S_n = (n_0-n_n) / n_0 $ е номиналният пропуск.

Точка 4 има координати $ n = 0 $ и $ M = M_<пуск>$. Началният момент се изчислява по формулата

където: $ λ_<пуск>$ - мултиплицирането на началния момент се определя в паспорта.

Асинхронните двигатели имат твърда механична характеристика, тъй като скоростта на ротора (раздел 1-3) зависи малко от натоварването на вала. Това е едно от предимствата на тези двигатели.

2.9. Съвместната работа на асинхронния двигател с товара върху вала

На фиг. 2.16 разглежда съвместната работа на асинхронния двигател с товара върху вала. Товарният механизъм (фиг.2.16.а) е свързан с вала на двигателя и по време на въртене създава момент на съпротивление (момент на натоварване). Когато натоварването на вала се промени, скоростта на ротора, токовете в намотките на ротора и статора и токът, консумиран от мрежата, автоматично се променят. Нека двигателят работи с товар $ M_<нагр,1>$ в точка 1 (фигура 2.16.b). Ако натоварването на вала се увеличи до $ M_<нагр,2>$, работната точка ще се премести в точка 2. В същото време скоростта на ротора ще намалее ($ n_2 lt n_1 $), а въртящият момент ще се увеличи ($ M_2 gt M_1 $). Намаляването на скоростта на ротора води до увеличаване на приплъзването, увеличаване на токовете в намотките на ротора и статора, т.е. за да увеличите текущия консумиран от мрежата.

2.10. Изкуствени механични характеристики

Механичната характеристика, изградена върху паспортните данни на двигателя, се нарича естествена. Ако промените величината на приложеното напрежение, активното съпротивление на ротора или други параметри, можете да получите механични характеристики, различни от естествените, които се наричат ​​изкуствени.

На фиг. 2.17 показва механичните характеристики на двигателя при различни стойности на приложеното напрежение.

Както е показано на фиг. 2.17 с намаляване на подаденото напрежение, честотата на въртене на магнитното поле $ n_0 $ остава непроменена и критичните $ M_ намалява<кр>$ и стартиране на $ M_<пуск>$ моменти, т.е. капацитетът на претоварване намалява и характеристиките на стартовия двигател се влошават. Когато приложеното напрежение се снижи, механичната характеристика става по-мека.

На фиг. 2.18 показва механичните характеристики на двигателя при различни стойности на активното съпротивление на ротора.

Както е показано на фиг. 2.18 с нарастващо активно съпротивление на роторната намотка поради въвеждането на $ R_ реостат<доб>$ в схемата на фазовия ротор се запазва непроменено $ M_<кр>$, т.е. капацитетът за презареждане на двигателя се запазва, но се наблюдава увеличение на стартовия въртящ момент. Скоростта на въртене в идеалния режим на празен ход остава непроменена, равна на $ n_0 $. С увеличаване на активното съпротивление на намотката на ротора механичните характеристики стават по-меки, т.е. влошаване на стабилността на двигателя.

2.11. Пускане на асинхронен двигател

В момента на стартиране на движението $ n = 0 $, т.е. клип $ S = 1 $. защото Токовете в намотките на ротора и статора зависят от хлъзгането и се увеличават с увеличението му, началният ток на двигателя е 5 ÷ 8 пъти по-голям от номиналния му ток

Както беше обсъдено по-горе, поради високата честота на ЕМП на ротора, индукционните двигатели имат ограничен начален въртящ момент.

За да стартирате двигателя, е необходимо стартовият въртящ момент, развит от него, да надвишава въртящия момент на вала. В зависимост от силата на захранването и началните условия се използват различни начини на стартиране, които преследват целите: намаляване на стартовия ток и увеличаване на началния въртящ момент.

Изясняват се следните методи за пускане на индукционните двигатели: директно свързване към електрическата верига, започващо с намалено напрежение, реостатично пускане, използване на двигатели с подобрени начални свойства.

2.11.1. Директна връзка с мрежата

Това е най-лесният и най-евтиният начин да започнете. Определено напрежение се прилага към двигателя ръчно или с дистанционно управление. Директната връзка с мрежата е разрешена, ако мощността на мотора не надвишава 5% от мощността на трансформатора, ако мрежата за осветление също се захранва от нея. Границата на мощността се дължи на спирателните токове в момента на пускане в експлоатация, което води до намаляване на напрежението на клемите на вторичните намотки на трансформатора. Ако мрежата за осветление не се захранва от трансформатора, директната връзка с мрежата може да се използва за двигатели, чиято мощност не надвишава 25% от капацитета на трансформатора.

2.11.2. Започнете при намалено напрежение

Този метод се използва при стартиране на мощни двигатели, за които неприемливо е директната връзка с мрежата. За да се намали напрежението, приложено към намотката на статора, се използват дросели и стъпкови автотрансформатори. След стартиране, напрежението на линията се прилага към намотката на статора.

Намаляването на напрежението се получава, за да се намали стартовия ток, но в същото време, както е показано на фиг. 2.17 и 2.17.b има намаление на началния въртящ момент. Ако напрежението при стартиране се намали с коефициент 3, началният момент ще спадне 3 пъти. Следователно, този метод на пускане може да бъде приложен само когато няма натоварване върху вала, т.е. в неактивен режим.

Ако според данните от паспорта моторът трябва да бъде включен в мрежата съгласно делта схемата, а след това да се намали стартовия ток за времето на стартиране, статорната намотка се включва според звездата.

Основните недостатъци на този метод на стартиране: високата цена на стартовото оборудване и невъзможността да се започне с натоварването на вала.

2.11.3. Реостатично пускане на асинхронни двигатели

Този метод се използва при тежки начални условия, т.е. с голямо натоварване на вала. При стартиране на реостатиците се използват асинхронни двигатели с фазов ротор и в роторната верига се включва стартов реостат. Реостатичният старт се използва за увеличаване на началния въртящ момент. В същото време, началният ток на мотора намалява. Тъй като двигателят ускорява, стартовият резистор се извежда и след завършване на стартирането, намотката на ротора е късо.

На фиг. Фигура 2.19 Показва схемата на реостатично стартиране (Фигура 2.19.а) и механичните характеристики (Фигура 2.19.б) по време на това стартиране.

По време на стартирането (фиг.2.19.а), в роторната верига е вкаран напълно стартов реостат ($ R_<пуск3>= R_<пуск1>+R_<пуск2>$), за които връзките на релетата са $ K_1 $ и $ K_2 $ са отворени. В този случай двигателят ще се стартира според характеристиката 3 (фигура 2.19.б) при действието на началния момент $ M_<пуск>$. С дадено натоварване върху вала и въведения реостат $ R<пуск3>$ overclocking завършва на $ A $. За да ускорите двигателя, трябва да затворите контактите $ K_1 $, а съпротивлението на стартовия резистор ще намалее до $ R_<пуск2>$ и ускорението ще продължи от функция 2 до $ B $. Когато контактът затваря $ K_2 $, стартовият реостат ще бъде напълно изтеглено ($ R_<пуск>= 0 $), а крайното ускорение на двигателя ще продължи според естествената му механична характеристика 1 и ще завърши в точката $ C $.

Критическото приплъзване е равно на:

за естествената характеристика на $ S_<кр1>≈R_2 / X_2 $;

за изкуствените характеристики на $ S_<кр3>≈ (R_2 + R_<пуск3>) / X_2 $.

Началният въртящ момент за изкуствената характеристика може да се изчисли с помощта на формулата Kloss

При необходимия начален въртящ момент можете да изчислите $ S_<кр3>$ и съпротивлението при стартиране

2.11.4. Използване на двигатели с подобрени начални свойства

Желанието да се комбинират предимствата на асинхронните двигатели с ротор на катерица (висока надеждност) и фазов ротор (голям стартов въртящ момент) доведоха до създаването на тези двигатели. Те имат късо съединение с роторна намотка със специален дизайн. Има двигатели с роторна намотка под формата на двойна "катеричка" (фиг.2.20.а) и с дълбок канал (фиг.2.20.b).

На фиг. 2.20 показва конструкцията на роторните двигатели с подобрени начални свойства.

Двигателят с двойна "катеричка" на ротора установява две къси намотки. Навиването 1 действа като стартер, а ликвидацията 2 работи. За да се получи по-голям начален въртящ момент, стартовата намотка трябва да има по-висока устойчивост от работната намотка. Следователно, намотката 1 е направена от материал с по-високо съпротивление (месинг) от намотката 2 (мед). Напречното сечение на проводниците, образуващи началната намотка, е по-малко от това на работната намотка. Това увеличава съпротивлението на началната намотка.

Работната намотка, разположена по-навътре, е покрита с голям магнитен поток от началния. Следователно индуктивната съпротива на работната намотка е много по-голяма от началната. Поради това, в момента на пускане в курса, когато честотата на тока на ротора е с най-голяма стойност, токът в работната намотка, както следва от закона на Ом, ще бъде малък и главно началната намотка с висока устойчивост ще участва в създаването на началния момент. Тъй като двигателят ускорява, честотата на тока на ротора намалява и индуктивното съпротивление на роторните намотки намалява, което води до увеличаване на тока в работната намотка, поради което основната намотка ще бъде включена в създаването на въртящия момент. защото тя е с ниско съпротивление, естествените механични характеристики на двигателя ще бъдат трудни.

Подобна картина се наблюдава при двигател с дълбок канал (фиг.2.20.b). Дъното за навиване на дълбочината (1) може да бъде представено под формата на няколко проводника, разположени по протежение на височината на жлеба. Поради високата честота на тока в намотката на ротора в момента на пускане, "токът се измества на повърхността на проводника". Поради това само горният слой на проводниците на намотката на ротора участва в създаването на началния момент. Напречното сечение на горния слой е много по-малко от напречното сечение на целия проводник. Следователно, при стартиране, намотката на ротора има повишено съпротивление, двигателят развива увеличен начален въртящ момент. Тъй като двигателят ускорява, плътността на тока в напречното сечение на проводниците на роторната намотка се изравнява, съпротивлението на намотката на ротора намалява.

По принцип тези двигатели имат твърди механични характеристики, увеличен начален въртящ момент и по-малко съотношение на изходното напрежение, отколкото двигателите с ротор с конвенционален дизайн.

2.12. Регулиране честотата на въртене на асинхронните двигатели

По време на работа на много механизми, задвижвани от асинхронни двигатели, е необходимо да се регулира скоростта на въртене на тези механизми в съответствие с технологичните изисквания. Начините за управление на честотата (скоростта) на въртене на асинхронните двигатели разкриват връзката:

Следва, че за дадено натоварване на вала скоростта на ротора може да се регулира:

  1. промяна на приплъзването;
  2. промяна в броя на двойките полюси;
  3. промяна на честотата на захранването.

2.12.1. Променете шайбата

Този метод се използва в задвижването на тези механизми, където са монтирани асинхронни двигатели с фазов ротор. Например, в задвижването на подемни машини. Настройващ се реостат се въвежда във веригата фазови ротори. Увеличаването на активното съпротивление на ротора не влияе върху големината на критичния момент, но увеличава критичния приплъзване (Фигура 2.21).

На фиг. 2.21 показва механичните характеристики на асинхронен двигател с различни съпротивления на регулиращ реостат $ R <р3> gtR_ <р2> gt0,

Както е показано на фиг. 2.21 с този метод е възможно да се постигне голям обхват на контрол на скоростта надолу. Основните недостатъци на този метод са:

  1. Поради големите загуби на регулиращия реостат, ефективността се намалява, т.е. неефективно.
  2. Механичната характеристика на асинхронния двигател с увеличаване на активното съпротивление на ротора става по-мек, т.е. намалена стабилност на двигателя.
  3. Невъзможно е да се регулира плавно скоростта.

Поради горните недостатъци, този метод се използва за намаляване на скоростта на въртене за кратко време.

2.12.2. Променете броя на двойките полюси

Тези двигатели (много скорости) имат по-сложна статорна намотка, която позволява промяна на броя на полюсните двойки и късо съединение на ротора. Когато асинхронен двигател работи, е необходимо роторите и статорните намотки да имат същия брой двойки полюси. Само късо съединение ротор е в състояние автоматично да получи същия брой двойки полюси като полета на статора. Многодвигателните двигатели се използват широко в задвижването на машинните инструменти. Намерени са използването на двигатели с две, три и четири скорости.

На фиг. 2.22 показва схемата на свързване и магнитното поле на статора на двигателя в серия (Ь) и паралелно (а) свързване на полу-намотките.

При двустепенния мотор, намотката на всяка фаза се състои от две половин намотки. Включвайки ги последователно или успоредно, е възможно броят на двойките полюси да се промени с коефициент 2.

При четиристепенния мотор, на статора трябва да се поставят две независими намотки с различен брой двойки полюси. Всяка от намотките ви позволява да променяте броя двойки полюси два пъти. Например, за мотор, работещ от мрежа с честота $ f = 50 $ Hz, със следните скорости на въртене 3000/1500/1000/500 [rpm], като се използва една от намотките на статора, е възможно да се постигне скорост на въртене 3000 об / мин и 1500 об / мин / мин (с $ p = 1 $ и $ p = 2 $). С помощта на друга намотка е възможно да се постигне скорост на въртене 1000 оборота в минута и 500 оборота в минута (с $ p = 3 $ и $ p = 6 $).

Когато се превключва броят на двойките полюси, магнитният поток в междината също се променя, което води до промяна в критичния момент $ M_<кр>$ (фигура 2.23.b). Ако при промяна на броя на двойките полюси, приложеното напрежение се промени едновременно, критичният момент може да остане непроменен (фиг. 2.23.а). Следователно, с този метод на регулиране, могат да бъдат получени два типа семейство от механични характеристики (фиг. 2.23).

Предимствата на този метод на регулиране: запазване на твърдостта на механичните характеристики, висока KPD. Недостатъци: регулиране на скоростта, голям размер и висока цена на двигателя.

2.12.3. Променете честотата на захранването

Тъй като такива източници на енергия, честотните преобразуватели (FCs), извършвани на полупроводникови устройства с висока мощност - тиристори, вече започват да се използват. От уравнението на трансформатора EMF $ U_1 = 4,44w_1k_1fΦ $ следва, че за да се запази магнитния поток непроменен, т.е. за да се запази капацитета на претоварване на двигателя, е необходимо заедно с честотата да се промени ефективната стойност на приложеното напрежение. Когато съотношението $ U_1 / f_1 = U'_1 / f'_1 $ е изпълнено, критичният момент не се променя и се получава група от механични характеристики, показана на фиг. 2.24.

Фиг. 2.24. Механични характеристики с регулиране на честотата

Предимствата на този метод са: гладко регулиране, способност за увеличаване и намаляване на скоростта на въртене, запазване на твърдостта на механичните характеристики, ефективност. Основният недостатък е, че е необходим честотен преобразувател, т.е. допълнителни капиталови инвестиции.

2.13. Режими на спиране Асинхронни машини

Когато работят много производствени механизми, има нужда от бързо спиране (забавяне) на двигателя. За тази цел широко се използват механични спирачки, но самата асинхронна машина може да изпълнява функциите на спирачно устройство, работещо в един от спирачните режими. В този случай механичните спирачки се използват като резервни или аварийни, както и за поддържане на механизма в стационарно състояние.

Разграничават се следните спирачни режими на асинхронни машини:

  1. генераторно спиране;
  2. динамично спиране;
  3. спиране на опозицията.

2.13.1. Генераторно спиране

Машината влиза в режим генератор, ако $ n gt n_0 $, т.е. ако роторът се върти по-бързо от магнитното поле. Този режим може да възникне при регулиране на скоростта на въртене, като се увеличи броят на двойките полюси или се намали честотата на източника на захранване, както и в машините за повдигане и преместване при спускане на товара, когато роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле под влияние на тежестта на товара.

В режим на генератор се променя посоката на електромагнитния момент, т.е. става инхибирано, под действието на което се наблюдава бързо намаляване на скоростта на въртене. В същото време фазата на тока в статорната намотка се променя, което води до промяна в посоката на пренос на електрическа енергия. В режим генератор, енергията се връща в мрежата.

На фиг. 2.25 представя механичните характеристики на генераторното спиране чрез намаляване на натоварването (а) и намаляване на честотата на източника на захранване (b).

Оставете двигателя с дадено натоварване върху вала да работи в точката $ A $ (фиг.2.25.а). Ако роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле при действието на намаленото натоварване и работната точка удари $ B $, а след това $ n_to gt n_0 $, машината ще развие спирачен момент и скоростта на въртене ще намалее до по-малко от $ n_0 $. Едно от предимствата на генераторното спиране в асинхронните машини е, че преходът към режима на генератора се осъществява автоматично, когато роторът започне да се върти по-бързо от магнитното поле. Това предпазва асинхронните двигатели от авария, която може да възникне при постояннотокови двигатели. Асинхронните двигатели не могат да влязат в превръзката. Максималната честота на въртене на ротора е ограничена от честотата на въртене на магнитното поле.

Нека двигателят работи с дадено натоварване върху вала в точката $ A $ на характеристиката 1 (фиг.2.25.b). Чрез намаляване на честотата на захранването, работната точка трябва да отиде до точката $ C $ на характеристика 2. Но ако $ n_A $ е по-голяма от новата намалена честота на въртене на магнитното поле $ n_$, машината от точка $ A $ отива до точка $ B $, работи на сегмента $ B - n_$ в режим генератор. Поради това се наблюдава бързо намаляване на скоростта на въртене. На сегмента $ n_- машината работи в режим на двигателя, но има по-нататъшно намаляване на скоростта на ротора, докато въртящият момент е равен на въртящия момент на товара (t $ C $). Ново състояние на равновесие с дадено натоварване се получава в точката $ C $. Генераторното спиране е най-икономичният режим, защото механичната енергия се преобразува в електрическа енергия и енергията се връща в мрежата. Едно от предимствата на този спирачен режим е спонтанният му вид, т.е. не се изисква оборудване за мониторинг.

2.13.2. Динамично спиране

Този спирачен режим се използва за прецизно спиране на мощни двигатели. По време на спирането, статорната намотка е изключена от променливотоковото напрежение и е свързана към източник с постоянно напрежение. В този случай статорната намотка ще създаде постоянно неподвижно магнитно поле. Когато роторът се върти спрямо това магнитно поле, посоката на ЕМФ и тока на ротора се променя, което ще доведе до промяна в посоката на електромагнитния момент, т.е. той ще бъде потиснат. Под влияние на този момент възниква инхибиране. Чрез промяна на напрежението, приложено към намотката на статора, можете да регулирате времето на забавяне. Основното предимство на този спирачен режим е точното спиране. Постоянното напрежение може да се подава към намотката на статора само за времетраенето на спирането. След спиране на двигателя трябва да бъде изключен от DC мрежата.

На фиг. 2.26 показва включването на индукционен двигател и механични характеристики при динамично спиране.

Нека двигателят работи с товар от $ A $. При прилагане на постоянен ток към намотката на статора, работната точка ще се движи от точка $ A $ до точка $ B $ на спирачната характеристика 2.

При действието на спирачния електромагнитен момент честотата на въртене ще бъде намалена до пълно спиране (точка 0).

Основните недостатъци на динамичното спиране: нуждаят се от източник на постоянен ток и неикономични.

2.13.3. Спиране от опозиция

Този режим на спиране възниква при обръщане на двигателя и често се използва за бързо спиране на двигателя.

На фиг. 2.27 представя механичните характеристики на индукционния двигател при спиране на противоположното за директно (1) и обратно (2) реда на фазовото въртене.

Нека моторът с товара на вала работи в точката $ A $. За да се забави двигателят, е необходимо да се промени последователността на фазите, т.е. превключете две фази. В същото време, работната точка отива до точката $ B $ (Фигура 2.27). На раздел $ B - C $ машината работи в режим на електромагнитна спирачка, като развива спирачен момент, при който се получава бързо намаляване на скоростта до нула. В точката $ C $ двигателят трябва да бъде изключен от мрежата, в противен случай той ще се върне обратно.

Предимството на този спирачен режим е бързото спиране, защото спирачният момент действа по цялата спирачна дистанция. Недостатъци: големи течения и загуби на намотките по време на спиране, е необходимо оборудване, което контролира скоростта на въртене и изключва мотора от мрежата, когато спре. Ако при задвижването на даден механизъм двигателят често работи в обратен режим, е необходимо да се надцени неговата мощност поради големите загуби на мощност.

2.14. Коефициент на мощността на асинхронен двигател и зависимостта му от натоварването на вала

Факторът на мощността се определя от съотношението

S_1 $ - активна, реактивна и пълна мощност на двигателя.

където: $ P_2 $ - мощност на вала (нетна мощност;
$ ΔP $ - загуба на мощност.

където: $ ΔP_<эл>$ - електрически загуби (загуби при нагряване на намотките);
$ ΔP_<ст>$ - загуба на стомана (загуби от топлинна енергия);
$ ΔP_<мех>$ - механични загуби.

Електрически загуби $ ΔP_<эл>$ зависи от токовете в намотките и се увеличава с увеличаване на натоварването на вала. Загубите в стоманата не зависят от натоварването на вала, но зависят от напрежението, приложено към намотката на статора.

Механичните загуби са трайни загуби.

В номиналния режим, $ cos φ_н = 0.75 ÷ 0.95,

Намален $ cos φ_<хх>$ се обяснява с факта, че активната мощност е ниска ($ P_<1хх>= ΔP_<эл>+ΔP_<ст>+ΔP_<мех>$), а реактивната мощност $ Q_1 $ остава същата като в номиналния режим.

На фиг. 2.28 показва зависимостта на коефициента на мощността на индукционния двигател от натоварването на вала.

При голямо натоварване на асинхронен двигател той има нисък фактор на мощност, който е неикономичен.

За да увеличите $ cos φ $ при ниско натоварване, препоръчваме да намалите напрежението, подадено към двигателя. Това намалява реактивната мощност и факторът на мощността се увеличава.

За Повече Статии За Електричар