Лекция 14. Машины переменного тока. Асинхронные машины

Асинхронные двигатели

Асинхронные машины работают, в основном, как электрические двигатели, потребляя порядка 80% всей вырабатываемой электроэнергии. Машина состоит из статора и ротора.

Статор (рис. а) представляет станину из чугуна или алюминия. В станину вмонтирован сердечник – это цилиндр из пакета пластин электротехнической стали.

Внутри сердечник имеет пазы, в которые укладывают три обмотки, сдвинутые между собой на 120⁰.

Статор предназначен для создания вращающегося магнитного поля, которое создается за счет сдвига в пространстве трех обмоток на статоре на 120 градусов и подачи на них питания от трехфазной сети. Вращающееся магнитное поле рассматривается в разделе "Трехфазное напряжение". В конструкции статора важным является то, что поле вращается электрически (не механически), без подшипников, трений, механических деталей. Скорость вращения этого поля определяется частотой сети fc и числом пар полюсов р:

или .

Секционируя обмотку статора, можно получать различное число пар полюсов и таким образом, различную скорость вращения поля статора. Так, при Р = 1 f = 50Гц, n₀ = 3000 об/мин; Р = 2 n₀ = 1500 об/мин; Р = 3 n₀ = 1000 об/мин, Р = 4 n₀ = 750 об/мин.

Эти скорости называют синхронными. Частота вращения ω равна:

ω₀ = 0,105n₀ n/10 c⁻¹.

Наиболее распространенная синхронная скорость 50 ÷ 150 с⁻¹. Концы трех обмоток статора маркируются: С1, С2, СЗ – начала,и С4, С5 , С6 – концы. Обмотки могут соединяться "звездой" (Y) или "треугольником" ( ).

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Роторы асинхронных двигателей выпускают двух типов: короткозамкнутый (обмотка типа беличья клетка) и фазный ротор.

На рис. представлены: общий вид ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя (АД), его беличья клетка и условное обозначение АД в схемах.

Обмотка типа беличья клетка состоит из стержней, закороченных с двух сторон кольцами. Материал – медь, алюминий. Беличья клетка вмонтирована в стальной шихтованный цилиндр с пазами, который крепится на валу. Этот ротор помещается в статор, на крышках которого располагаются подшипники, удерживающие вал ротора. При подаче питания на статор создается вращающееся магнитное поле, которое пересекает стержни ротора и наводит ЭДС. За счет того, что стержни замкнуты, в них будет протекать ток. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое будет увлекаться полем статора. Взаимодействие их создает вращающий момент на валу. Следовательно, ротор будет вращаться в ту же сторону, но его скорость для создания момента будет меньше скорости поля статора (ω_р > ω₀). Это основной рабочий режим двигателя. Ротор вращается не синхронно с полем статора (асинхронно). Отсюда название. В идеальном режиме Х.Х. ω_р = ω₀ стержни не пересекаются полем статора, в них не наводится ЭДС. Момент на валу равен нулю.

Асинхронность вращения ротора оценивается скольжением:

S = (ω₀ ω)/ω₀.

При пуске, когда ω = 0, т.е. ротор неподвижен, S = l; в режиме X.X. (ω = ω₀), S = 0. Механическая характеристика асинхронного двигателя нелинейная. В упрощенном виде она описывается формулой Клосса:

где Мn – пусковой момент (ω = 0), Мn = ( 1,2...1,5)Мn; критический момент М_кр = (2.. 3)Мn; критическое скольжение S_к_p = (0,15...0,25).

Номинальное скольжение S_h = (0,05 ...0,1),

Характеристика имеет две зоны: пусковую (крестики) и рабочую (штрихи) (рис. а).

Для АД с короткозамкнутым ротором характерны большие пусковые токи. На пусковом участке момент и ток не пропорциональны. При пуске ток в 5 ÷ 7 раз больше номинального тока.

На рис. б представлены механическая ω(М) и электромеханическая ω(I) характеристики АД с короткозамкнутым ротором.

Наличие зазора приводит к увеличению тока X.X. I₀ = (0,3…0,5)>I_H. Механическую характеристику АД ориентировочно можно построить по паспортным данным. Например:

U _B = 380/220 B