Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электротехники. Учебное пособие для СПО
.pdf
С помощью колец и щеток обмотку ротора замыкают на трех
фазный реостат. В подобных двигателях обмотку статора вклю
чают в трехфазную сеть (рис. 62). Включением реостата в цепь
ротора достигается возможность улучшить пусковые условия
двигателя, а именно уменьшить пусковой ток и увеличить на
чальный пусковой момент.
Рис. 62. Схема соединения двигателя с фазным ротором
3. Обмотка статора
Обмотка статора предназначена для возбуждения магнитного
потока машины. Потоки фазных обмоток должны быть распреде
лены синусоидально вдоль окружности статора, так как в этом
случае вращающееся магнитное поле индуктирует в обмотках си
нусоидальные э. д. с. Для лучшего использования окружности
статора стороны катушек обмотки распределены по нескольким
пазам (рис. 63) вдоль внутренней окружности статора.
Рис. 63. Катушка распределенной обмотки статора
С помощью распределения обмотки по пазам достигается ра
спределение магнитной индукции по окружности статора. Маг
101
A
X
q
3
нитное сопротивление по окружности статора считается постоян
ным, так как магнитная система симметрична, и магнитное насы
щения сердечника влияет мало, так как большая часть магнитного
сопротивления образует магнитное сопротивление воздушного
зазора между статором и ротором. Так как магнитное сопротивле
ние по закону Ома для магнитной цепи постоянно, поток и ин
дукцию фаз считают пропорциональными намагничивающими
силами. Однако по краям фазных катушек магнитная индукция
изменяется пропорционально возбуждающей намагничивающей
силе. Кривая распределения магнитной индукции катушки пока
зана на рисунке 64. Зная характер данного распределения обмот
ки, можно получать практически синусоидальное распределение
индукции в воздушных зазорах машины.
Рис. 64. Кривая магнитной индукции
Для распределения многовитковой катушки по нескольким
пазам необходимо ее разделить на некоторое число соединенных
последовательно секций. При этом каждая из секций состоит из
нескольких витков. Схемы обмоток показывают не отдельные
витки, а стороны секций.
При создании асинхронного двигателя необходимо умень
шить скорость вращения поля. Для этого применяется много
полюсные обмотки статора. В этом случае каждой паре полю
сов вращающегося поля ставятся в соответствие три катушки.
При этом в случае, когда поле имеет р пар полюсов, число кату
шек обмотки статора должно быть k = 3p.
На рисунке 64 показана упрощенная схема шестиполюсной
(
р = 3) обмотки статора.
Для двухполюсных обмоток характерно расстояние между
сторонами катушки, равное 180°, в многополюсной — , т. е.
в шестиполюсной катушке оно равно 60°. В этой обмотке З
р
= 9
катушек, т. е. каждая фаза имеет три катушки. Для упрощения
180
р
°
102
B
изображения схем каждую катушку изображают в виде одновит
ковой секции и соединения наносят только для фазы
А, при этом
соединения на тыльной торцевой стороне сердечника показыва
ют пунктиром. На рисунке также показаны кривые для мгновен
ных значений трехфазной системы токов статора.
Рис. 64. Схема шестюполюсной обмотки статора
В течение одного периода Т переменного тока магнитное поле
повернется на двойное полюсное деление (2
τ), где . Пол
ный оборот вращающееся поле делает за
р периодов. Отсюда за
секунду поле совершает
n
1
оборотов:
.
Для того чтобы изменить направление
вращения двигателя, т. е. совершить ре
версирование, нужно изменить соедине
ния обмотки статора с сетью.
Данное изменение соединений осу
ществляется с помощью трехполюсного
переключателя (рис. 66).
Часто обмотку делают двухслойной, т. е.
в каждый паз укладывают стороны двух
1
60f
n
p
×°
=
2
2Dp
π
τ
=
103
Рис. 66. Реверсионный
двигатель
X
X
X
X
Y
Y
YY
A
A
A
A
Z
Z
Z
Z
B
B
B
B
C
C
C
C
t
1
t
2
t
3
t
4
S
S
S
S
S
SS
S
S
S
S
S
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
i
t
i
A
i
0
i
0
t
4
t
3
t
2
t
1
A
C
B
Обмот
ка ста
тора
Коротко
замкнутый
ротор
секций, при этом одна сторона секции находится в верхнем слое,
а вторая — в нижнем слое. Двухслойную обмотку выполняют из
намотанных на станке шаблонных секций.
Для того чтобы вставить ротор, головки катушек отгибают
в сторону. Отогнутые стороны катушек, которые лежат на торце
вых сторонах, используются в качестве лобовых соединений об
мотки. Они предназначены для соединения активных сторон вит
ков обмотки. Магнитные линии, которые замыкаются вокруг
них, образуют основную часть потока рассеяния статора. Поэто
му лобовые соединения должны быть как можно короче.
Схематичное изображение трех фаз обмотки четырехполюс
ной машины, которые развернули на плоскость, показана на ри
сунке 67. Катушечные группы состоят из трех секций. Так как ло
бовые соединения отдельных фаз обмотки пересекаются между
собой, их изготавливают разной длины. Начала фазных обмоток
обозначаются буквами
А, В и С, а концы — X, Y, Z. Проводники,
которые соединяют отдельные секции фазных катушечных
групп, на схеме изображены более тонкими линиями.
Рис. 67. Развернутая схема обмоток
4. Векторные диаграммы двигателя
Работающий асинхронный двигатель имеет частоту в цепи
ротора, которая в несколько раз меньше частоты в цепи статора.
Поэтому при построении векторных диаграмм э. д. с и ток рото
ра невозможно изобразить векторами на одной диаграмме с на
пряжениями и токами статора.
104
A
X
C
B
Z
Иногда в случае, если ротор не вращается, его частота равна
частоте сети, которая питает статор. В этом случае можно построить
векторную диаграмму (рис. 68), которая напоминает диаграмму
нагруженного трансформатора. Ее строят для одной фазы двигате
ля, и в качестве исходного принимается вектор Ф
в
магнитного по
тока вращающегося магнитного поля. По отношению к этому век
тору векторы э. д. с. статора
1
и ротора 2отстают на π / 2.
В короткозамкнутом роторе электродвижущая сила создает ток
Рис. 68. Диаграмма для неподвижного ротора
Угол между этим током и э. д. с. Е2нопределяется соотношением:
Ток ротора
I
2
соответствует в обмотке статора компенсирую
щему приведенному току
222об2
2
1об1
,
3
Im k
I
k
ω
ω
−
=′
2
2
2
arctg .
L
R
ω
ψ
=
()
2
2
22
22
.
н
E
I
RL
ω
=
+
EE
105
2
I
1
E
2Eн
2
2
IjL
ω
22IГ
10
I
ϕ
2
в
Ф
2
I ′
ϕ
1
ϕ
2
ϕ
1
1
I
1
E
11
IГ
11
Iz
1
U
11
Ijx
вектор которого противоположен по направлению вектору I2.
Вектор тока
10
опережает вектор потока изза влияния непо
движного ротора гистерезиса и вихревых токов на угол
α, кото
рый называется углом магнитного запаздывания. Ток статора опре
деляется как векторная сумма этих двух токов:
Напряжение статора определяется из уравнения:
.
При построении вектора напряжения к вектору (–
1
) прибав
ляется вектор
1R1
, который параллелен вектору 1.
Вектор
1
отстает от вектора
1 jx1
на 90°. Вектор 1замыкает
в диаграмме перечисленные векторы.
Для построения векторной диаграммы работающего двигате
ля необходимо различить частоты цепи статора (
f ) и цепи рото
ра (
f
2
= fs).
Обычно строятся две отдельные диаграммы для цепи ротора
и цепи статора. В обоих случаях начинают с вектора магнитного
потока вращающегося поля.
В диаграмме ротора (рис. 69)
положение вектора
Е
2
опреде
ляется тем, что он отстает от век
тора потока Ф
в
на π / 2. Для дви
гателя скольжение принимает
значение s = 0,2 – 0,4, поэтому
частота в цепи ротора мала,
и значит, индуктивное сопро
тивление
sωL
2
также имеет не
большое значение. Это опреде
ляет то, что угол между
2
и
2
также мал:
()
2
2
2
2
22
arccos .
R
RsL
ψ
ω
=
+
E
I
IIII
E
() ()
111111211
UEIZEIRIjx=− + =− + +
1210
.III=+
′
I
106
Рис. 68. Векторная диаграмма
цепи ротора
2
I
22
IJS L
ω
2
E
ϕ
2
Ф
в
22
107
На диаграмме статора вектор 1отстает на 90° от вектора маг
нитного потока (рис. 69). Вектор намагничивающего тока
10
опе
режает вектор Ф
в
на угол α.
Направление вектора определяем из взаимного положения
векторов
2
и в.
Вектор
2
отстает от вна 90° + ψ2, т. е. вектор опережает
вектор магнитного потока на угол 180°: – 90° –
ψ
2
= 90° – ϕ2. Век
тор
в
отстает от вектора на 90°, значит, опережает
вектор на угол
ψ
2
.
Ток статора определяется соотношением:
.
Напряжение определяется как
.
Отдельные диаграммы статора и ротора не позволяют анализи
ровать влияние механической нагрузки двигателя на его электриче
ские характеристики. Это достигается путем рассмотрения тран
сформатора, энергетические соотношения в котором похожи на
соотношения асинхронного двигателя.
Для этого необходимо привести цепь
ротора к частоте статора. Сила тока
в роторе выражается соотношением:
Разделим числитель и знаменатель
выражения на скольжение
s и получим
в знаменателе в подкорневом выраже
нии сумму индуктивного сопротивле
ния ротора при частоте сети и актив
ного сопротивления .
Отношение
Е
2
/ S заменяем на Е
2
Н
,
которая во много раз больше.
2
2
R
RR
s
=+
()
()
2
2
22
2
2
22
2
2
.
н
EE
I
R
RsL
L
s
ω
ω
==
+
+
11111
()UEIRIjx=− + +
1210
III=+
′
2
′
()E−()E−
Ф
2
′
Ф
I
Ф
I
2
′
E
Рис. 70. Диаграмма статора
2
E
α
10
I
в
Ф
ϕ
1
ϕ
1
ϕ
2
2
I
′
1
UE=−
1
U
11
IZ
11
Ir
1
I
11
Ijx
В результате вращения ротора, кроме передачи энергии в об
мотку ротора через взаимную индукцию, наблюдается переход
электрической энергии в механическую. В результате приведения
данные два преобразования были заменены простой трансформа
цией при неподвижном роторе. Однако обмотка ротора при этом
условии эквивалентного трансформатора замкнута не накоротко,
а на сопротивление R, которое соответствует механической на
грузке. Мощность, которую поглощает эта нагрузка соответ
ствует механической мощности, которую развивает ротор в одной
фазе, т. е. работающий асинхронный двигатель можно заменить
эквивалентным неподвижным, для которого цепь ротора замкну
та на активное сопротивление:
При этом общую векторную диаграмму двигателя статора
и ротора можно построить в том же порядке, что и для трансфор
матора или двигателя при заторможенном роторе.
Начинается построение с вектора Ф
в
(рис. 70), после чего под
углом 90° — э. д. с. ротора, приве
денного к условиям трансформатора
, как и э. д. с. статора
1
.
опережает вектор тока
2
на угол ψ2:
который совпадает со сдвигом фаз
при вращающемся роторе.
Вторичная цепь образуется ак
тивными сопротивлениями
и индуктивным сопротивлением
ωL
2
. То есть Е2нможно разложить
на активную и реактивную
22
IR
s
2
2
R
RR
s
+=
22
2
22
arctg arctg ,
LsL
RR R
ωω
ψ
==
+
I
2н
E
E
2н
E
(
)
2
2
2
1.Rs
R
RR
ss
−
=−=
2
2
108
Рис. 71. Векторная диаграмма
трансформатора,
эквивалентного двигателю
ϕ
2
2
I
E
2
2
r
I
S
10
I
в
Ф
α
ϕ
1
ψ
2
ψ
1
2
I
′
1
I
1
EU−=
11
Ir
11
IZ
1
U
I1 jx
1
109
составляющие I
2ωL2
. Приведенный ток ротора определяется как
вектор
Этот вектор противоположен вектору
2
. Вектор тока статора
определяется как . При построении вектора напряже
ния статора применяется уравнения:
5. Эквивалентная схема двигателя
При расчетах рабочих процессов асинхронных двигателей
удобно использовать эквивалентную схему двигателя (рис. 71).
Она представляет собой несколько электрически соединенных
активных и индуктивных сопротивлений и изменяющееся ак
тивное сопротивление, которое заменяет на эквивалентной
схеме нагрузку вала двигателя. Обоснование эквивалентной
схемы обеспечивается с помощью преобразования основных
уравнений двигателя. Если учесть, что эквивалентную схему
включают в сеть вместо статора, все роторные величины нужно
привести к числу витков, обмоточному коэффициенту, а также
числу фаз статора.
Рис. 72. Эквивалентная схема двигателя
Асинхронный двигатель — трехфазное устройство, в котором
фазы являются симметричными. Следовательно, при составле
()
11111
.UEIRIjx=− + +
1210
III=+
I
222об2
2
1об1
.
3
Im k
I
k
ω
ω
=−′
Z
1
x
1
r
1
I
1
U
1
I
10
r
12
Z
12
x
12
2
Z
′
2
r
′
2
x
′
2
I
′
1
UE=−
2
1 S
rr
S
−
=′
нии эквивалентной схемы можно ограничиться одной фазой
двигателя.
Электродвижущая сила (э. д. с.) статора Е1связана с э. д. с. не
подвижного ротора
Е
2н
:
где kоб— коэффициент трансформации напряжений асин
хронной машины.
С учетом векторной диаграммы двигателя:
отсюда
Для тока ротора можно записать выражение через приведен
ный ток:
где ki— коэффициент трансформации токов асинхронной
машины.
В результате подстановки получаем:
Выражение k
еki
= k называется коэффициентом трансформа
ции асинхронной машины.
Применим выражение для приведенных сопротивлений:
и
Rkek
i
= R′.
Данные сопротивления при включении в цепь статора потреб
ляют такую же мощность, как и при соответствующих сопротив
лениях, которые находятся в цепи ротора.
22ei
Zkk Z=
′
()
122.ei
ЕIZRkk=− +
′
21об1
22
22об2
3
,
i
Ik
IIk
mk
ω
ω
′
=− =− ′
()
122.e
EIZRk=+
()
2
22 2 22 2222
,
н
R
ЕI jLIRRjLIZIR
s
ωω
=+=++=+
2н 1 об2
12ноб
2об2
,
Еk
ЕЕk
k
ω
ω
==
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]