Асинхронные машины

11. На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на стержни ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В стержнях ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Токи в стержнях ротора создают собственное магнитное поле стержней, которые вступают во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая складываясь по окружности создает вращающийся электромагнитный момент ротора.

12. В режиме генератора(s<0, n>n₁), в режиме двигателя(s=(0:1), n<n₁) и в режиме электромагнитного торможения(s>1, n=-n₁).

13. Если обмотка ротора замкнута, по ней проходит ток с частотой f₂ , который создает бегущую волну МДС F₂ ; вращающуюся относительно ротора с частотой n_F2 = 60f₂ /р = 60f₁ s/p = n₁s = n₁ - п₂ . Направление вращения МДС ротора определяется порядком чередования максимумов тока в фазах, т. е. МДС ротора вращается в ту же сторону, что и магнитное поле статора. Легко заметить, что частота вращения МДС ротора относительно статора равна сумме частот п₂ + n_F2 = п₁. Следовательно, при вращении ротора МДС cтamopa F₁ и МДС ротора F₂ вращаются в пространстве с одинаковой частотой, т. е. относительно друг друга они неподвижны.

14. 

15. При увеличении нагрузки частота вращения ротора уменьшается и увеличивается скольжение s

16. Применение в АД фазного ротора, где за счет использования пусковых реостатов можно снизить ток пуска до3,5 раз; переключением обмотки статора со звезды на треугольник ток пуска снизится в 1,73 раза; применение отключаемых балластных сопротивлений последовательно с обмоткой статора; использование двигателя с двойным беличьим колесом; использование сечений обмоток ротора в виде трапеций или клиньев;

17. Если в цепь   ротора будет   включено добавочное сопротивление R₂, то величина пускового тока будет меньше.

18. Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

19. M_эм = k Ф_м I₂' cos ψ₂   ;

20. Асинхронные двигатели подразделяются на два вида, одни имеют короткозамкнутый ротор, вторые – фазный. Большинство используемых электрических двигателей являются асинхронными, имеющими короткозамкнутый ротор. Их широкое применение в первую очередь обуславливается простотой в обслуживании, эксплуатации, простотой конструкции, низкой стоимостью и высокой надежностью. Что касается недостатков, то такие модели имеют малый пусковой и большой спусковой ток, чувствительны к изменениям параметров в сети, для плавного регулирования скорости понадобиться преобразователь частоты. 

21. Потери   холостого   хода можно разделить на следующие: потери на гистерезис в железе статора; потери на токи Фуко в железе статора; потери на гистерезис и токи Фуко в железе ротора; добавочные потери железа; потери на трение;  Нагрузочные   потери складываются из следующих потерь: потери на джоулево тепло в обмотке статора, потери на джоулево тепло в обмотке ротора. Кпд = Р_2пол/Р_1подв

22. 

11. пусковой и максимальный моменты двигателя при уменьшении подводимого напряжения уменьшаться Из этого выражения видно, что максимальный момент
двигателя, как и любые другие значения вращающего момента, зависят от квадрата напряжения. Это означает, например, что если напряжение в сети снизилось на 30%, то
вращающий момент АД снизится вдвое. Данная особенность
является основным недостатком АД.

12. Величину масштаба тока mi, А/мм выбирают так, чтобы отрезок ОК = I_к/m_i удобно помещался на листе бумаги и был бы равен 200—250 мм. Значение m_i округляют до ближайшего удобного для пользования числа. Строят вектор тока I₀. Для этого под углом φ₀ к вектору U_нф проводят прямую, на которой из начала координат (точка О) откладывают отрезок ОН = I₀/m_i, мм. Через точку Н проводят прямую Hh, параллельную оси абс­цисс.

Строят вектор тока I_к. Для этого из начала координат проводят пря­мую под углом φ_к к вектору напряжения U_нф, на которой откладывают отре­зок ОК= I_к/m_i, мм. Строят окружность через точки Н и К, центр которой находят следующим образом. Точки Н и К соединяют прямой и из середины ее восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией Hh в точке О₂, которая является центром искомой окружности.

11. Покажу точки на круговой диаграмме

12. Значительное улучшение пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором достигается изменением конструкции ротора: используют роторы с двойной короткозамкну-т0й обмоткой и с глубокими пазами. Ротор с двойной короткозамкнутой обмоткой был впервые предложен М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. Он имеет две короткозамкнутые обмотки, выполненные в виде беличьих клеток.

Числ о пазов верхней А и нижней Б клеток может быть одинаково или раз­лично. Наружная обмотка А выполнена из стержней малого поперечного сечения, а внутренняя обмотка Б — из стержней большого поперечного сечения. Поэтому активное сопротивление обмотки А ока­зывается значительно большим, чем ак­тивное сопротивление обмотки Б (r_A>r_Б). Вследствие того что стержни внутренней обмотки Б глубоко погружены в тело ротора и окружены сталью, индуктивное сопротивление внутренней обмотки значительно больше, чем индуктивное сопро­тивление внешней обмотки (X_Б>>Ха). Принцип действия этого двигателя состоит в следующем. В мо­мент включения двигателя в сеть ротор неподвижен и частота тока в роторе равна частоте тока сети f2=f1. Ток в обмотках А и Б рас­пределяется обратно пропорционально их полным сопротивле­ниям. Так как реактивные сопротивления обмоток асинхронных ма­шин значительно больше их активных сопротивлений, то при пуске в ход распределение тока между обмотками А к Б примерно обрат­но пропорционально их индуктивным сопротивлениям. Поэтому при пуске в ход ток в основном протекает по проводникам внешней обмотки А, имеющей меньшее индуктивное и большее актив­ное сопротивление. Эта обмотка называется пусковой. В рабочем режиме скольжение мало и, следовательно, частота тока в роторе также мала (f₂0). Поэтому индуктивные сопротивления обмоток не имеют значения и токи в обмотках А и Б обратно  пропорциональны их активным сопротивлениям. Таким образом, в рабочем режиме ток в основном протекает по проводникам внутренней обмотки Б, имеющим меньшее активное сопротивление. Эта обмотка называется рабочей. При такой конструкции ротора увеличивается активное сопротивление его обмоток в момент пуска в ход двигателя, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент так же, как включение пуско­вого реостата в цепь фазного ротора. В двигателях с глубокими пазами на роторе коротко замкнутая обмотка   ротора   выполняется   в   виде тонких  и  высоких  полос (рис. 119). При такой конструкции обмотки происходит оттеснение тока к верхней части проводников  вследствие  того,   что   нижние ч асти проводников сцеплены с большим числом магнитных линий потока рассеяния, чем верхние части. Таким образом, ток, протекающий по проводникам, стремится сконцентрироваться преимущественно в верхней их части, что равносильно уменьшению поперечного сечения или увеличению актив­ного сопротивления этих проводников. Это явление оттеснения тока в верхние части проводников осо­бенно сильно сказывается в момент включения   двигателя,   когда частота тока в роторе равна частоте тока сети, и, следовательно, при пуске в ход повышается активное сопротивление  обмотки   ротора, что увеличивает пусковой момент. При увеличении скорости вращения ротора частота тока в его обмотке уменьшается и ток более равномерно распределяется по сечению   стержней,   и   при нормальной  скорости   вращения   неравномер­ность распределения тока по поперечному сечению стержней почти полностью исчезает. Пусковой момент двигателей этого типа Мп= (1 ÷1,5)   Мн,    а    пусковой    ток    Iп=  (4÷5) Iн. Таким  образом,  в   двигателях   с   двойной короткозамкнутой обмоткой и с глубокими пазами пусковые моменты больше и пусковые токи меньше, чем у обычных короткозамкнутых двигателей. Однако рабочие характеристики этих двигателей несколько хуже, чем обычных короткозамкнутых двигателей — несколько меньше соs , к. п. д. и максимальный момент, так как больше по­токи рассеяния, т. е. больше индуктивные сопротивления обмоток ротора.

11. С п - С р - рабочий конденсатор; пусковой конденсатор; П1 - пакетный выключатель

12. Конденсаторным называют однофазный асинхронный двигатель, в цепь одной из обмоток которого постоянно включен
конденсатор. Этот конденсатор называют рабочим С_Р. Он служит для создания совместно с рабочей обмоткой эллиптического поля двигателя и, таким образом, несколько повышает
КПД и коэффициент мощности АД. Кроме того, пусковой момент такого двигателя не равен нулю.С целью повышения пускового момента АД используют
дополнительный пусковой конденсатор С_п. Величину емкости
того и другого определяют расчетным путем. Можно выбрать такое значение
емкости конденсатора, которое в течение всего времени работы обеспечит создание кругового поля машины, приемлемые
пусковой момент и прочие показатели АД. Однако при такой
величине емкости ток фазы будет существенно превышать номинальный. По этой причине по достижении двигателем скорости, составляющей 0,7...0,8 от номинального значения, пусковой конденсатор отключают.

Схема соединения обмотки АД, приведенная на рис. 6.5,а,
используется в тех случаях, когда соединение концов обмоток
статора (нейтраль) выполнено внутри машины, т. е. нейтраль
недоступна, а напряжение сети равно линейному напряжению.

Обмотку статора U1 — U2, через которую проходит весь ток
двигателя I = 7Д, называют главной фазой. Обмотку W1—W2,
соединенную последовательно с конденсатором, — конденса¬
торной фазой. Ее ток /с = /к. Третью обмотку V1—V2 назовем
вспомогательной фазой, ее ток обозначим 1В. При порядке
следования токов фаз 1А—/в—1С двигатель будет вращаться
в направлении «Вперед» (рис. 6.5,а), если конденсаторной фазой будет V1 — V2 (7Д—1С—/в), то двигатель будет вращаться
«Назад» (рис. 6.5,6).С изменением нагрузки на валу двигателя (с изменением
скольжения) изменение токов зтих фаз оказывается различным
(рис. 6.6) [4].Ток главной фазы с уменьшением нагрузки (скольжения)
уменьшается, а ток конденсаторной фазы, наоборот, возрастает,
достигая наибольшего значения при холостом ходе.Вспомогательная фаза при холостом ходе и незначительной нагрузке находится в генераторном режиме, ее активная
мощность отрицательна.

Схема соединения обмотки статора конденсаторного АД
в треугольник и подключения рабочей и пусковой емкости
представлена на рис. 6.7.По аналогии с предыдущей
схемой здесь вспомогательной
назовем фазу U1 — U2, к кото¬
рой подведено напряжение сети
и ток которой обозначим 1А.Обмотка VI—V2 с парал¬
лельно присоединенным кон¬
денсатором является конден¬
саторной фазой, ток ее обозна¬
чим 7В, а третья обмотка W1—W2,
по которой протекают токиконденсатора и конденсатор¬
ной фазы, назовем главной фа¬
зой, ее ток обозначим 1С.Для реверсирования АД не¬
обходимо провод, подключен¬
ный к узлу U2—V1, подключить
к узлу W1 — V2.

11. А втономные асинхронные генераторы - трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность. Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим. Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С₀, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор. Индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора. Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом. Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя. В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя - генератора определяется мощностью подключаемых устройств

12. Асинхронный преобразователь частоты может служить источником напряжения как постоянной, так и переменной частоты /2. В первом случае, когда частота постоянна, ротор преобразователя вращается при f2>fl навстречу полю (s > 1), при f2 <fi — согласно с магнитным полем (s < 1). При генерировании ЭДС частоты f2 > fx ротор преобразователя частоты приводится во вращение посторонним двигателем Д (обычно асинхронным или синхронным — см. рис. 2, который передает преобразователю частоты ПЧ мощность Р2, асинхронный преобразователь работает со скольжением s > 1 в режиме тормоза.

Р ис. 2. Схема включения двухмашинного асинхронного преобразователя частоты:

Рг — мощность, потребляемая преобразователем частоты (ПЧ) из сети; Ря — мощность, потребляемая двигателем (Д) из сети; Р2 — механическая мощность, передаваемая через вал; Ряг — мощность нагрузки.На рис. 2 стрелками указаны направления мощностей в этом режиме. При генерировании ЭДС частоты f2< fx ротор преобразователя тормозится электромагнитным моментом машины Д, которая в этом случае работает в генераторном режиме, отдавая электроэнергию в ту же сеть, что и преобразователь (на рис. 2 пунктирными стрелками указаны направления мощностей в этом режиме); асинхронная машина-преобразователь работает в режиме двигателя. Асинхронные преобразователи частоты применяются преимущественно для получения переменного напряжения с частотой 100— 200 Гц, необходимого для питания асинхронного привода с частотами вращения выше 3000 об/мин (электропилы и другие ручные электрические машины).Асинхронные преобразователь частоты ПЧ и приводной двигатель Д двухмашинного агрегата (рис. 2) можно совмещать в общем магнитопроводе, получая одномашинный преобразователь частоты ОПЧ. Трехфазный асинхронный ОПЧ выполняется в конструкции асинхронной машины с фазным ротором (без свободного конца вала) и содержит на статоре две раздельные трехфазные взаимонеиндуктивные разнополюсные обмотки, подключаемые к первичной сети со встречным чередованием фаз; на роторе с контактными кольцами размещается фазная обмотка совмещенного типа, работающая одновременно в качестве двух обмоток: многофазной короткозамкнутой для двигателя (рл) и трехфазной для преобразователя (рп).Одномашинное исполнение асинхронного преобразователя частоты с совмещенной обмоткой на роторе позволяет упростить конструкцию и изготовление, значительно снизить расход конструктивных материалов и меди, повысить эксплуатационную надежность. В нашей стране освоено серийное производство ОПЧ-50/200 Гц мощностью 5 кВт (при ра = 1 и рп = 3). На базе асинхронных машин новой серии АИ с фазным ротором разработаны для серийного выпуска асинхронные ОПЧ-50/200 Гц и ОПЧ-50/300 Гц (рд = 1 и рп = 5) мощностью 5—50 кВт. Такие одномашинные преобразователи частоты хорошо зарекомендовали себя в изготовлении и эксплуатации и должны заменить двухмашинные преобразователи частоты.