1. Асинхронный двигатель, назначение, устройство, принцип действия и область применения, механическая характеристика, способы пуска, регулирования частоты вращения, электрического торможения и реверса.

Асинхронные машины используются преимущест­венно в качестве двигателей.

Статор (или якорь) — неподвижная часть двигателя — со­стоит из стальной станины цилиндрической формы. В станину запрессовывается сердечник статора. Ротор — вращающаяся часть двигателя — состоит из сердеч­ника, обмотки и вала. Роторная обмотка короткозамкнутого асинхронного двига­теля состоит из медных или латунных стержней, вставленных в неизолированные пазы. Трехфазная статорная обмотка асинхронного двигателя, включенная в сеть, создает в воздушном зазоре вращающийся магнитный поток. Поток, пересекая неподвижную обмотку ро­тора, создает в ней ток. В результате взаимодействия тока ротора и вращающегося магнитного потока создается момент, приводящий ротор во вращение.

Вращающееся поле статора сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке.

1. Прямой пуск в ход. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором малой и средней мощностей приводятся в действие непосредственным включением статорной обмотки в сеть. При проектировании асинхронного двигателя предусматривается, чтобы при прямом пуске он развивал необходимый пусковой вращающий момент М_П/М_Н а пусковой ток был ограничен: I_1П/I_1Н <7.

2. Пуск с помощью пускового реостата. Пуск с помощью реостата, включенного в цепь ротора, возможен только у двигателей с контактными кольцами. Введение активного сопротивления в цепь ротора сдвигает кривую вращающего момента в сторону больших скольжений Пусковой вращающий момент М_П при этом увеличивается.

3. Пуск с понижением подведенного напряжения. Существует несколько способов пуска асинхронных двигателей с понижением подведенного напряжения. а. Пуск с помощью реактора. Реактор включается в цепь статора. В зависимости от выбора индуктивного сопротивления реактора линейный пусковой ток в сети I_1П может быть снижен до любого значения.

б. Пуск с помощью автотрансформатора. Для автотрансформатора можно считать, что подводимая мощность приблизительно равна отводимой: I_1cU₁ I_1ПU₂. Пусковой ток в сети при наличии понижающего автотрансформатора будет меньше пускового тока двигателя, так как U₂<U₁.

в. Пуск переключением статора со звезды на треугольник. Статорная обмотка асинхронного двигателя, предназначенная для нормальной работы при соединении в треугольник, предварительно при помощи переключателя включается на звезду и только после разгона двигателя уже на ходу переключается на треугольник.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

1. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.

2. Регулирование частоты вращения нарушением симметрии подводимого напряжения.

3. Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора. 4. Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора.

Торможение и реверс

1. 1. Рекуперативное. Возникает при оборотах ротора выше оборотов магнитного поля, п₂>п₁. Это происходит, например, при спуске груза. При этом ЭДС обмотки статора становится больше напряжения сети. Ток меняет свое направление. Происходит передача электроэнергии от двигателя в сеть – рекуперация. Способ эффективен при скорости больше скорости холостого хода.

2. Противовключением. Возникает при изменении направления вращения магнитного поля. Мощность не передается в сеть, а рассеивается в обмотке. При п=0 двигатель необходимо отключить, иначе он начнет разгоняться в другую сторону. Режим торможения противовключением соответствует реверсу.

3. Динамическое. Возникает, если обмотка статора отключается от сети и подключается к источнику постоянного тока. Постоянный ток через обмотку статора создает неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем , в обмотке ротора наводится ЭДС, создающая магнитное поле ротора, при взаимодействии этих полей возникает тормозной момент.

2 Устройство см. Принцип действия в генераторном и двигательном режимах. Реакции якоря см.

Синхронные машины (СМ) – это бесколлекторные машины переменного тока. СМ характерны тем, что у них ротор в установившемся режиме вращается с угловой скоростью вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в фазных обмот­ках статора, подобного статору асинхронной машины. Это достига­ется тем, что ротор синхронной машины представляет собой обычно, электромагнит или реже постоянный магнит с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов вращающегося магнитного поля. Взаимо­действие полюсов вращающегося магнитного поля и полюсов ротора обеспечивает постоянную угловую скорость последнего независимо от момента на валу.

Основными частями СМ являются статор и ротор, причём, сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали и укреплён внутри массивного корпуса. В пазах с внутренней стороны статора размещена обмотка переменного тока, в большинстве случаев трёхфазная. Ротор СМ представляет собой электромагнит – явнополюсный или неявнополюсный

У многополюсной СМ ротор имеет р пар полю­сов, а токи в обмотке статора обра­зуют тоже р пар полюсов вращаю­щегося магнитного поля (как у асинхронной машины). Ротор дол­жен вращаться с частотой враще­ния поля, следовательно, его синхронная частота вращения равна: .

Любая синхронная машина, включенная в электрическую си­стему, может работать в режиме генератора и двигателя. Режим ра­боты синхронной машины определяется взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами в обмотках статора и ротора. Рассмотрим режимы работы двухполюсной машины. Наложение магнитных полей токов в фазных обмотках статора возбуждает в синхронной машине, так же как и в асинхронной, магнитное поле, вращаю­щееся с угловой скоростью . Распределение линий вра­щающегося магнитного поля показывает, что приближенно его можно представить в виде вращающейся с угловой скоростью  пары полю­сов, расположенных на статоре. Аналогичным образом магнитное поле, создаваемое током в об­мотке вращающегося ротора, также можно приближенно представить в виде вращающейся пары полюсов, расположенных на роторе. Если пренебречь всеми видами потерь энергии в синхронной машине, то при отсутствии момента на валу ось полюсов ротора будет совпадать с осью полюсов статора.

Для того чтобы заставить синхронную машину, включенную в систему, работать в режиме генератора, отдавая в эту систему энер­гию, необходимо увеличить механический момент, приложенный первичным двигателем к валу машины.. Тогда под действием возрос­шего вращающего, момента ось магнитных полюсов ротора повер­нется на некоторый угол у относительно оси полюсов статора в на­правлении вращения. Так как при этом результирую­щее магнитное поле, создаваемое наложением магнитных полей токов в обмотках ротора и статора, изменится, то ток в обмотках статора также изменится. Взаимодействие этого тока с магнитным полем ротора создает тормозной момент, действующий на ротор. Это и озна­чает преобразование механической мощности первичного двигателя в электрическую, мощность генератора, включенного в систему. Магнитные полюса ротора будут как бы тянут за собой магнитные полюса статора.

Если теперь приложить к валу машины вместо вращающего тормозной момент механической нагрузки, то ось полюсов ротора повернётся на некоторый угол относительно оси полюсов статора против направления вращения. Вновь возникнут токи в обмотках статора и создадут электромагнитные силы взаимодействия токов статора и магнитного поля ротора, но на этот раз эти силы будут стремиться увлечь ротор в направлении вращения. Электромагнитные силы создадут теперь вращающий момент, при посредстве которого электроэнергия сети преобразуется в механическую на валу машины; таким путём СМ переходит в режим двигателя. Режим работы СМ изменяется от генераторного на двигательный и обратно в зависимости от механического воздействия на вал машины, причём электромагнитные силы играют роль упругой связи между ротором и статором.

Явление влияния магнитодвижущей силы МДС якоря F_А на МДС возбуждения F₀ называется реакцией якоря. От неё зависят рабочие характ-ки СГ.

Реакция якоря при активной нагрузке: Реакция якоря является поперечной, что приводит к насыщению сбегающего края полюса;

Реакция якоря при индуктивной нагрузке: Реакция якоря является продольной и размагничивающей ;

Реакция якоря при ёмкостной нагрузке: Реакция якоря является продольной и намагничивающей;