Lektsia_10

Лекція 10

Тема: «Призначення, типи, будова, принцип дії трифазного асинхронного двигуна. Переваги АД».

Мета: «Розглянути призначення, типи та будову АД. Розібратися з принципом роботи АД, визначити основні переваги АД; навчитися визначати коефіцієнт ковзання АД».

Література: Л1, ст. 252..260.

Основні питання:

1. Асинхронні двигуни: загальні відомості, будова.

2. Принцип дії асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором, коефіцієнт ковзання.

1. Асинхронні двигуни: загальні відомості, будова.

Асинхронна машина - це машина, в якої при роботі збуджується обертове магнітне поле, але ротор обертається асинхронно, тобто з кутовою швидкістю, відмінною від кутової швидкості магнітного поля.

Найбільшого поширення одержали асинхронні двигуни, причому із всіх електричних двигунів вони є найпоширенішими.

Переваги АД:

- простота будови,

- простота виготовлення і експлуатації,

- велика надійність і порівняно низька вартість.

Широкого застосування знаходить трифазний асинхронний двигун, винайдений в 90-х роках минулого століття російським електротехніком М.О.Доливо-Добровольским. Асинхронні машини малої потужності часто виконуються однофазними, що дозволяє використовувати їх у пристроях, що живляться від двохпровідной мережі. Такі машини знаходять широке застосування в побутовій техніці.

Асинхронні машини можуть працювати в режимі генератора. Але асинхронні генератори як джерела електричної енергії не застосовуються, тому що вони не мають власного джерела збудження магнітного потоку і можуть працювати тільки паралельно з іншими (синхронними) генераторами, що мають кращі показники. Асинхронні двигуни застосовуються для приводу машин і механізмів, до швидкості обертання яких не пред'являються тверді вимоги.

Недоліком асинхронних машин є відносна складність і неекономічність регулювання їхніх експлуатаційних характеристик. Асинхронна машина складається зі статора - нерухомої частини - і ротора - обертової частини (мал. 1 ).

Статор являє собою порожній циліндр, набраний зі сталевих пластин, що мають вид кільця й ізольованих одне від одного. Сталевий сердечник магнитопроводу статора закріплюється в сталевому або алюмінієвому корпусі, що охоплює його з усіх боків. На внутрішній поверхні сердечника в його пазах закладається обмотка статора, яка у трифазного асинхронного двигуна складається із трьох фазних обмоток, зміщених по окружності циліндра одна від одної на 120° .

Рис.1

Ротор асинхронної машини також набирають зі сталевих штампованих листів у формі диска, насажанных на вал. Вони утворюють ротор, що має форму циліндра. По окружності диска виштамповують отвори, які утворюють пази ротора. В пази ротора закладають обмотку.

По конструктивному виконанню обмотки ротора асинхронні машини підрозділяють на двигуни з короткозамкненим ротором і двигуни з фазним ротором.

У мікромашинах і машинах малої потужності найчастіше застосовують короткозамкнені ротори. В пазах таких роторів розташовуються мідні або алюмінієві стрижні (2), що з'єднуються з торців короткозамкненими кільцями (1) і (3). Таким чином, обмотка короткозамкненого ротора має вигляд білячої клітки (мал. 2).

В асинхронних машинах більшої потужності і спеціальних машинах малої потужності для покращення пускових і регулювальних властивостей застосовуються фазні ротори (мал. 3). У цьому випадку на роторі укладається трифазна обмотка з геометричними осями фазних котушок (1), зміщеними в просторі одна від одної на 120 градусів. Фази обмотки з'єднуються зіркою, і кінці їх приєднуються до трьох контактних кілець (3), насадженим на вал (2) і електрично ізольованих як від валу, так і один від одного. За допомогою щіток (4), які утворюють ковзний контакт з кільцями (3), є можливість включати в кола фазних обмоток регулювальні та пускові реостати (5).

Рис.2 Рис.3

На рисунках 4 і 5 показані в розібраному вигляді двигуни - короткозамкнутий і з контактними кільцами.

Рис. 4 Асинхронний двигун з короткозамкнутим ротором в розібраному вигляді.

а — статор; б — ротор; в — підщипникові щити; г — вентилятор; д — отвори для входу і виходу охолоджуючого повітря; е — коробка, яка прикриває затискачі.

Рис. 5 Асинхронний двигун з контактними кільцями в разібраному вигляді.

а — статор; б — ротор; в — підщипникові щити; г — вентилятор; д — отвори для входу і виходу охолоджуючого повітря; е — коробка, яка прикриває затискачі; ж — контактні кільця, з—щіткотримачі і щітки.

2. Принцип дії асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором, коефіцієнт ковзання.

Спочатку розглянемо одержання обертового магнітного поля. На рис. 6 показаний умовний перетин статора. А, В, С - початки витків кожної фази. X, Y, Z - кінці витків. Площини витків кожної фази зрушені одна відносно одної на 120°. ах, bу, сz - осі обмоток, вздовж яких спрямовані МРС кожної обмотки.

Рис.6

На тимчасовій діаграмі показані струми в кожній обмотці при з'єднанні їх за схемою "зірка". Якщо прийняти напрямок струму в початках витків від спостерігача до креслення (умовно "+"), то в момент t1

= 0

= де = , =

За правилом буравчика визначимо напрямок МРС F і F. Сумарна МРС спрямована вздовж осі сz.

В момент t2 . Сумарна МРС спрямована вздовж осі ах.

В момент t₃ . Сумарна МРС спрямована вздовж осі bу.

При цьому в будь-який момент часу сумарна МРС має постійне значення, рівне 1,5F_m. Таким чином, МРС змінює свій напрямок з часом, тобто обертається. Частота її обертання

Де f - частота струму мережі,

p - число пар полюсів машини.

Розглянемо тепер принцип дії та режими роботи асинхронної машини.

Струм в обмотках статора, які підключені до трифазної мережі, створює в машині поле, що обертається відносно статора зі швидкістю n₁ (з такою швидкістю обертається вектор МРС і магнітного потоку). Магнітний потік, при своєму обертанні перетинає провідники обмотки ротора і наводить в них ЕРС. У замкнутих через контактні кільця обмотках ротора потече струм, магнітне поле якого взаємодіє з полем статора. В результаті цієї взаємодії на валу машини виникає електромагнітний момент. При русі ротора в напрямку обертання поля статора момент вважається обертаючим, в іншому випадку – гальмуючим. Частота обертання ротора n повинна відрізнятися від частоти обертання магнітного поля статора. Тільки при цій умові магнітне поле статора рухається відносно провідників ротора і наводить в них ЕРС. З цієї причини двигун називається асинхронним.

Відносне відставання частоти обертання ротора від частоти обертання поля статора називається ковзанням.

Величина ковзання визначається так:

або у відсотках

де n₁ - частота обертання магнітного поля статора,

n - частота обертання ротора.

Залежно від співвідношення швидкостей n₁ і n розрізняють три режими роботи асинхронної машини:

• при n > n₁ (n > 0) електромагнітний момент повертає ротор у напрямку обертання поля. Момент є обертаючим. Машина працює як двигун (0 < S < 1).

• при n > n₁, машина працює в режимі генератора (S < 0). Момент, прикладений до обмоток ротора спрямований назустріч руху, тобто є гальмуючим.

якщо обертання ротора спрямоване зустрічно полю статора, то такий режим називається режимом електромагнітного гальма. При цьому n < 0, S > 1. Такий режим використовується в підйомно-транспортних пристроях.

Контрольні питання:

1. Що представляє собою машина постійного струму?

2. Які переваги асинхронних двигунів?

3. В чому різниця між АД з короткозамктутим ротором і АД з фазним ротором?

4. На чому заснований принцип роботи АД з короткозамкнутим ротором?

5. Що показує коефіцієнт ковзання?

5