5. Асинхронный двигатель – конструкция и основные характеристики.
Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности ( 95% ).
Такие двигатели характеризуются простотой конструкции, высоким КПД, дешевизной, возможность работы от трехфазной цепи.
Неподвижная часть машины называется статор, подвижная - ротор.
Сердечник статора ( внутри ) набирается из листовой электро технической стали.
Статор запресовывается в станину выполненной из немагнитного материала.
На внутренной поверности статора присутствуют пазы, в которые вкладывается трехфазная обмотка.
Обмотка выполняется из алюминия или меди и ее концы выводятся на клемную коробку.
Сердечник ротора также собирается из штампованных листов электро технической стали.
В пазы сердечника вкладывается обмотка ротора которая может быть 2х видов:
Коротко замкнутая обмотка состоит из металлических стержней которые уложены в пазы сердечника ротора и замкнуты торцевыми кольцами ( беличья клетка ).
Такой двигатель обладает более высокой надежностью т.к. не имеет подвижных контактов.
Серьезным недостатком такой схемы является малый пусковой момент.
Чтобы устранить недостаток применяется другая схема подключения – с фазным ротором.
При такой схеме в пазы ротора через контактные кольца и щетки выводятся на корпус двигателя, позволяет включать в цепь ротора дополнительное сопротивление для получения искусственных характеристик.
Трехфазная обмотка стартера формирует круговое вращающееся магнитное поле со скоростью вращения.
Р-число пар полюсов
Вращающаяся часть двигателя образуется вместе со стартером в магнитную систему
Если поле стартера движется относительно поля, то оно моделирует в роторе собственное магнитное поле.
Магнитное поле ротора взаимодействует с полем стартера и ротор приходит в движение.
По мере разгона ротора он размагничивается, магнитнодвижущая сила уменьшается.
В силу того, что в двигателе присутствует момент сопротивления, ротор никогда не сможет достичь синхронной скорости.
При достижении скорости вращения, соответствующей заданной нагрузке, двигатель выходит на установившейся режим.
При изменении последовательности чередования фаз трехфазного двигателя, направление его вращения меняется на противоположное.
В однофазных двигателях обычно содержатся две обмотки развернутые на 90 градусов и фазоздвигающее устройство.
Это позволяет получить магнитное поле близкое к круговому.
Схема замещения асинхронного двигателя.
Суть схемы замещения рис 2.8. состоит в том, что реальные электро механический процесс заменен электрическим, при сохранении всех параметров и соотношений.
РИСУНОК 2,8
Исследования такой модели позволяют получить представление о поведении двигателя в рабочей области характеристики.
Выделяют 2 вида схем замещения: ( Т – образная 2.8.а, Г – образная 2.8.б)
Входным параметром схемы является переменное фазное напряжение U1.
На схеме замещения элементы двигателя представлены следующим образом:
Ротор сопротивление r1 и индуктивность X1.
Статор приведенная сопротивления статора r2 и приведенная индуктивность X2.
Цепь намагничивания индуктивности сопротивления Xµ.
Механические характеристики асинхронного двигателя рис 2.9
РИСУНОК 2.9
Механическая характеристика имеет 2 области :
Рабочая 11, 111
На данном участке характеристику принято считать линейной и описывать следующим уравнением:
При скольжении больше критического не обладает статической устойчивостью и не рассматривается.
Точка пересечения характеристики с горизонтальной осью определяет пусковой момент двигателя.
Двигатель с фазным ротором.
Двигатель с естесственной механической характеристикой не позволяет осуществить запуск с большим пусковым моментом для этого используется двигатель с фазным ротором рис 2.12.
В таком двигателе цепь ротора включается батарея резистивных элементов, которая позволяет получать искусственные характеристики.
При запуске двигателя включается полное сопротивление ротора, что позволяет получить максимальный пусковой момент.
Двигатель начинает разгоняться по прямой к точке А, когда момент в двигателе уменьшается до номинального часть сопротивления отключается от цепи ротора, по этому двигатель начинает переходить на вторую характеристику.
Затем двигатель продолжает разгон до точки Г, когда сопротивление ротора двигателя полностью отключено, он выходит на естесственную характеристику и разгоняется до рабочего режима.
Для асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором применяется аналогичная схема запуска, при которой сопротивление цепи ротора, при запуске ступенчато меняется за счет явления вытеснения тока.
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.
Вся мощность потребляемая двигателем преобразуется в механическую мощность на валу за вычетом разнообразных потерь рис 2.14.
Двигатель потребляет электрическую мощность Р1, на статоре двигателя выделяются тепловые потери на активном сопротивлении статора, которые пропорциональны I21 статора, так же на статоре выделяются магнитные потери, пропорциональные току намагничивания I0.
Оставшаяся энергия пересекает воздушный зазор и передается на ротор.
В роторе часть энергии теряется на активном сопротивлении цепи ротора Рэ2 и пропорционально току ротора.
Магнитными потерями в ротере как правило пренебрегают.
Оставшаяся мощность преобразуется в механическую.
Механическая мощность так же теряется за счет действия силы трения, кроме этого принято выделять разнообразные дополнительные потери.
КПД двигателя вычисляется по следующей формулe:
Рабочие характеристики асинхронного двигателя рис 2.15.
Рабочими характеристиками электрической машины называют зависимость его параметров от мощности на валу Р2 при постоянных параметрах напряжения питания.
Скорость вращения двигателя n1 в режиме холостого хода стремится к скорости холостого хода, скольжение при этом близко к 0, по мере роста нагрузки, скорость двигателя снижается, а скольжение увеличивается в плоть до критического.
Момент двигателя в режиме холостого хода близко к 0.
По мере роста нагрузки момент нелинейно возрастает вплоть до критического.
Ток потребляемый двигателем I1 и активно потребляемая мощность P1 в режиме холостого хода, определяется по теореме холостого хода.
По мере роста нагрузки эти параметры нелинейно возрастают.
КПД двигателя в режиме холостого хода равен нулю.
По мере роста нагрузки КПД растет и имеет максимум в номинальной точке. После прохождения номинальной точки КПД снижается.
COS ( ФИ ) коэффициент мощности двигателя, имеет максимум в номинальном режиме.
Максимум cos ( фи ) находится в пределах 0,85.