19. Асинхронные двигатели. Устройство, принцип действия, режимы работы.

Асинхронная машина – это машина, в которой возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля. Она является самой распространенной современной электрической машиной и применяется в качестве двигателя.

Основное достоинство асинхронного двигателя – простота его конструкции и низкая стоимость. В машине отстутсвуют какие-либо легко провреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части.

Основной недостаток – сложное и неэкономичное регулирование режимов работы.

Трехфазная асинхронная машина состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.

Конструкция статора. Это полый цилиндр собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. В пазах на внутренней стороне статора размещаются обмотки трех фаз.

Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником и подключаются к трехфазной сети.

Конструкция ротора. Это цилиндрический сердечник, собранный из листок электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются витки обмотки ротора. Различают ротор с короткозамкнутой обмоткой и фазный ротор.

В большинстве двигателей применяется ротор с короткозамкнутой обмоткой. Он дешевле и обслуживание двигателя с таким двигателем проще.

Режимы работы.

Если частота вращения поля статора n₁, а частота вращения ротора n, то работу асинхронной машины можно характеризовать скольжением (относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора). s=( n₁ - n)/ n₁.

В режиме двигателя (0 < s < 1) Трехфазная Асинхронная Машина преобразует электрическую энергию в механическую. Ротор двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля, с частотой меньше, чем частота вращения поля.

В режиме генератора ( s < 0 )Т.А.М. преобразует механическую энергию в электрическую.

В режиме электромагнитного тормоза ( s > 1) ротор Т.А.М. вращается в направлении, противоположным направлению вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора.

20. Рабочие характеристики и способы пуска Асинхронного Двигателя.

Рабочие характеристики - зависимости частоты вращения n, вращающего момента М_вр, коэффициента мощности cosφ₁ и КПД η двигателя от полезной механической мощности P₂ на его валу.

Эти хар-ки снимаются естественных условиях работы двигателя, т. е. частота f и напряжение U₁ сети остаются постоянными, изменяется только нагрузка на валу двигателя.

Так как мощности P₂ ≈ P_мех = М_вр, то зависимость n(P₂), называемая скоростной характеристикой мало отличается от механической характеристики двигателя n(М_вр).

Нелинейность зависимости М_вр (P₂) объясняется уменьшением частоты вращения ротора с увеличением мощности P₂. Аналогичен характер зависимости I₁(P₂). Нелинейность зависимости cos φ₁(P₂) обусловлена тем, что активная составляющая тока двигателя пропорциональна его механической нагрузке, а реактивная индуктивная составляющая от нее практически не зависит. С увеличением нагрузки на валу двигателя коэф-т мощности cos φ_1x и скольжения увеличиваются S.

КПД асинхронного двигателя определяется отношением полезной мощности на его валу P2 к мощности P₁= P₂ + P_пот потребления им энергии из сети η= (P₂ / P₁) * 100% , где P_пот – мощность всех видов потерь в двигателе.

Различают постоянную и переменную (зависящую и независящую от нагрузки) составляющие мощности потерь.

Мощность постоянных потерь равна сумме мощности потерь в сердечнике статора на гистерезис и вихревые токи и мощности механических потерь.

Мощность переменных потерь равна мощности потерь на нагрев проводов обмоток статора и ротора:

P_пр1 = 3R_в1I₁²

P_пр2 = m₂R_в2I₂²

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей:

• прямое включение в цепь;

• пуск при пониженном напряжении;

• реостатный пуск.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются его пусковыми характеристиками:

1. Величиной пускового тока I_п или его кратностью I_п/I_1н;

2. Величиной пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_н;

3. Продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

4. Сложностью пусковой операции;

Прямое включение в сеть

Это самый простой и самый дешевый способ пуска. На двигатель вручную или с помощью дистанционного управления подается номинальное напряжение. Прямое включение в сеть допускается, если мощность двигателя не превышает 5% от мощности трансформатора, если от него питается и осветительная сеть.

Пуск при пониженном напряжении

Этот способ применяют при пуске в ход мощных двигателей, для которых недопустимо прямое включение в сеть. Для понижения подводимого к обмотке статора напряжения используют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска в ход на обмотку статора подается напряжение сети.

Понижение напряжения производят с целью уменьшения пускового тока, но одновременно происходит уменьшение пускового момента. Если напряжение при пуске понизить в √3 раз, пусковой момент понизится в 3 раза. Поэтому этот способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на валу, т.е. в режиме холостого хода.

Реостатный пуск асинхронных двигателей

Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.