Проектирование мехатронных узлов Божко

Мощность асинхронных двигателей составляет от десятков мегаватт до долей ватт. Выпускаются в виде серий, охватывающих определенный набор мощностей, частот вращения и напряжений. Машины одной серии имеют общее конструктивное решение, технологию изготовления и однотипность материалов (4А от 0,06 до 400 кВт).

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

1.Конструкция простой формы.

2.Низкая стоимость производства.

3.Надежная и практичная в обращении конструкция.

4.Не прихотлив в эксплуатации.

5.Простая схема управления

6.Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

1.Не возможен контроль скорости без потерь мощности.

2.Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.

3.Относительно небольшой пусковой момент.

Механическая характеристика асинхронного двигателя. Зависимость эдс и токов от частоты вращения и величины скольжения.

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения двигателя от вращающего момента на валу. Она позволяет анализировать поведение двигателя при изменении его механической нагрузки. Общий вид механической характеристики можно определить графически, анализируя зависимости каждого из параметров, определяющих электромагнитный вращающий момент.

Индукция магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, В1 определяется величиной напряжения источника U1 и частотой тока f. При неизменном напряжении и частоте тока источника индукция магнитного поля статора также неизменна, поэтому на графике зависимости от частоты вращения В1(n) изображается прямой горизонтальной линией. ЭДС е2, индуцируемая в обмотке ротора,

e2 = Bvl ,

где l – длина проводников обмотки ротора.

При неизменной индукции магнитного поля е2 пропорциональна скорости v относительного движения ротора и магнитного поля. Эта скорость определяется разностью частоты вращения ротора и магнитного поля, т.е. скольжением s:

v = πD2( n – n1 ) = πD2ns,

где D2 – диаметр ротора.

При изменении частоты вращения ротора от n1 = 0 до синхронной (n1 = n) скольжение меняется от 1 до 0. Это означает, что относительная скорость v и, следовательно ЭДС е2 меняется от максимального значения до нуля. Такому изменению соответствует кривая е2 на рис.1. Изменение ЭДС е2 вызывает изменение тока i2 в обмотке ротора, который в соответствии с соотношением:

i2 = e2/Z2,

где Z2 – полное сопротивление обмотки ротора, можно принять пропорциональным величине ЭДС е2. Кривая i2 на рис.1 подобна кривой е2.

Электромагнитный момент создается при взаимодействии тока обмотки ротора с магнитным полем. При этом, результирующее магнитное поле с индукцией В формируется совместным действием обеих обмоток: обмотки статора и обмотки ротора, т.е. результирующее магнитное поле с индукцией В можно представить состоящим из двух составляющих: первичного магнитного поля статора с индукцией В1 и вторичного магнитного поля ротора с индукцией В2. При этом обмотка ротора, согласно явлению электромагнитной индукции и правилу Ленца, своим магнитным потоком препятствует первичному магнитному потоку. Такое взаимодействие называют размагничивающей реакцией ротора. Т. о., индукция результирующего магнитного поля определяется соотношением:

B = B1 − B2.

Индукция В2 вторичного магнитного поля, создаваемого током ротора, пропорциональна величине этого тока. На рис.1 кривая В2 подобна кривой i2, а кривая индукции В определяется разностью кривых В1 и В2. Как видно, с уменьшением частоты вращения ротора от синхронной (n=n1) до нуля индукция В результирующего магнитного поля уменьшается. Электромагнитные силы и, значит, электромагнитный момент, создаваемый двигателем, определяется в соответствии с соотношением:

Fэм = Bi2l

Пуск и регулировка частоты АД с короткозамкнутым и фазным ротором. Пусковые токи и моменты.

Пуск асинхронного двигателя

Для пуска асинхронного двигателя его обмотка статора подключается к трехфазному источнику с помощью коммутирующей аппаратуры. В момент подключения двигатель потребляет значительный пусковой ток. Пусковой ток асинхронного двигателя может превышать номинальный

в несколько раз ( Iпуск = ( 4 ÷ 6 )Iном ). Такие резкие изменения тока отрицательно сказываются на работе электрической сети и других

электроприемников, подключенных к этой сети. При мощности двигателя, не превышающей 30% мощности сети, такое влияние допустимо, и пуск асинхронного двигателя осуществляется непосредственным подключением его обмотки к сети. Такое включение носит название «прямой пуск».

Для ограничения пускового тока мощных двигателей в цепь обмотки статора на время пуска вводят дополнительные элементы: резисторы, реакторы, автотрансформаторы. Однако, такой способ приводит к снижению пускового момента, что ограничивает его применение.

Обеспечение хороших пусковых свойств предусматривается конструкцией двигателя. В частности, существенное значение имеет форма паза ротора, в который укладывается короткозамкнутая обмотка. На рис.3 показаны примеры таких пазов. Такая особенность конструкции обмотки ротора ограничивает пусковой ток ( Iпуск = ( 3,5 ÷ 5,0 )Iном ) и обеспечивает большой пусковой момент (Мпуск = ( 2 ÷ 3 )Мном).

Рис. 3. Формы пазов ротора с короткозамкнутой обмоткой

От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые уложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам.

В момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f2 = f1), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с большим числом магнитных силовых линий поля рассеяния. Из этого следует, что почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению активного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограничению пускового тока.

По мере нарастания частоты вращения ротора частота тока в роторе убывает (f2 = sf1). В связи с этим уменьшается индуктивное сопротивление обмотки ротора. Распределение плотности тока по высоте стержня в том случае становится более равномерным, что ведет к уменьшению активного сопротивления ротора. При работе двигателя с номинальной частотой вращения, когда f2 << f1, процесс «вытеснения» тока практически прекраща ется и двигатель работает, как обычный короткозамкнутый.