ответы на теоретические вопросы экзаменационных билетов(усачева) / Прог2

ИХ ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ

Серия эл.машин - это ЭМ различной мощности, имеющие однотипную конструкцию и удовлетворяющие общему комплексу требований.

На корпусе АД имеется табличка, на которой указываются следующие номинальные данные двигателя:

- тип (марка) двигателя;

- механическая мощность на валу двигателя;

- линейное напряжение на обмотке статора;

- линейный ток;

- схема соединения фазных обмоток статора;

- частота вращения ротора;

- коэффициент мощности ();

- КПД двигателя;

- Класс изоляции, который обозначается какой-либо из букв А,Е,В,, Н,С - эти буквы определяют максимально допустимую температуру изоляции, соответственно 105^оС,120^оС, 130^оС, 155^оС, 180^оС, более 180^оС.

- режим работы: 1 - продолжительный, 2 - кратковременный, 3 - повторно-кратковременный;

- степень защиты от попадания посторонних предметов и от влаги, в соответствии с требованиями международной электротехнической комисси (МЭК), обозначается буквами ІР и двумя цифрмаи, первая цифра обозначает защиту от попадания посторонних предметов и от касания до токоведущих частей, вторая - защиту от попадания влаги.

Чем выше защита, тем больше цфра. В странах СНГ принято такую защиту обозначать следующим образом:

открытое исполнение соответствует ІР00

защищенное исполнение - ІР22, IP23

закрытое исполнение - ІР43, IP44

2.3.1 НИЗКОВОЛЬТНЫЕ АД ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Первая единая серия АД была создана в СССР в 1946 - 1951 гг 9 ,

марка этих АД начиналась с буквы А, т.е. асинхронный.

В 1957 - 1959 гг была разработана вторая единая серия АД -А2, позднее - третья А3.

Расшифровка типа двигателей серий А,А2,А3 показана на рисунке 32. На этом и последующих рисунках наличие буквы или цифры в данном месте маркировки типа двигателя обозначается символом Х. Если этот символ обведен сплошной линией Х ,

то это означает, что на данном месте в типе двигателя указанная буква (цифра) может отсутствовать.

с е р и я

число полюсов категория размещения

А 2 - Х Х Х - Х ХХХ Х

климатическое

К - с фазным условная исполнение:

П - с повышенным пусковым длина

моментом (Мп/Мном > 2.,3 ) сердечника УХЛ- умеренно-

холодный,

статора ХЛ- холодный, \ У- умеренный,

Т- тропический

климат

С - с повышенным условный

скольжением диаметр

(_ном=5-14%) сердечника

Б - однофазный статора

Л - алюминиевый (габарит)

корпус, без Л -

корпус стальной

(чугунный)

О - закрытый

обдуваемый

(без О- защищенный)

Рисунок 32 - Расшифровка типа двигателей серий А, А2, А3.

В 1967 - 1969 годах разработана серия АД 4А, двигатели этой серии более совершенны и предназначены для замены серий А2, А3. По сравнению с двигателями серий А2, А3 эти двигатели имеют меньшую массу и габариты, большие пусковые моменты, меньший уровень шума и вибраций, более высокую надежность.

Расшифровка типа двигателей серии 4А показана на рисунке 33.

4А Х Х Х Х Х Х

серия

Категория размеще -

ния

Климатическое исполнение:

УХЛ – для умеренно-холодного

климата, ХЛ – для холодно-

го, У – для умеренного,

Т – для тропического климата

Специальное исполнение ( Х,Х2 – химо -

стойкий, С – для сельского хозяйства ,

КР – для режима S2, Ж – для насосов )

Число полюсов магнитного поля статора

Условная длина сердечника статора ( А, В )

Установочный размер по длине станины ( L,M,S )

Высота оси вращения, мм

Модификация ( Р – повышенный пусковой момент, С - повышенное

скольжение, К – с фазным ротором, В – встраиваемый )

Исполнение по материалу ( А- корпус и щиты алюминиевые, Х – корпус алю-

миниевый. щиты чугунные; нет букв – корпус и щиты чугунные.или стальные)

Исполнение по способу защиты от окружающей среды ( Н-защищенный-IP23. М-модернизированный отсутствие данной буквы – закрытый – IP44 )

Рисунок 33 - Расшифровка типа двигателей серии 4А.

В 80-е годы 20 столетия завершена разработка новой серии АД- АИ, эта серия двигателей разработана по стандартам МЭК и по своим показателям превосходит серию 4А: имеет меньшие массо-габаритные показатели и лучшие характеристики, см. 3,11 . Начат выпуск серии АИ в 1984 г. Расшифровка типа этих двигателей показана на рис. 34.

В 90-е годы 20-го столетия отдельные заводы выпускавшие двигатели серии 4А начали

присваивать им свои серии, например RA, 5A, 6A.

АИ ХХ Х Х Х Х

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 - серия;

2 - привязка мощности к установочным размерам (Р - габариты и шкала

мощностей соответствуют АД серии 4А; С - мощность снижена, предназначены

на экспорт, отсутствие Р или С означает исполнение по варианту Р);

3 - М - взрывозащищенное исполнение,

У - взрывозащищенное рудничное исполнение;

4 - обозначение модификаций (Х- станина из алюминия, щиты чугунные,

Р- повышенный Мп, С- повышенное скольжение, К- с фазным ротором);

5- дополнительный признак (2П - регулирование частоты вращения,

4П - двухфазные, частотнорегулируемые);

6 - высота оси вращения,мм;

7 - установочный размер по длине станины (, , );

8 - условная длина сердечника статора (А или В-длинный);

9 - количество полюсов магнитного поля статора;

10 - специальное исполнение (С- для сельского хозяйства, Х- химостойкий, КР- для

режима 2, Ж- для насосов, Б- со встроенной температурной защитой,

П- повышенной точности);

11- климатическое исполнение;

12- категория размещения.

Рисунок 34 - Расшифровка типа двигателей серии АИ.

2.3.2 КРАНОВЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Применяются для привода крановых механизмов, робота которых характеризуется частыми пусками и остановками, большими перегрузками, т.е. режим 2 или 3.

Расшифровка типа крановых двигателей на рисунке 35.

МТ Х Х - Х Х Х

1 2 3 4 5 6 8

7

1 - шифр крановых двигателей

2 - К - с к.з. ротором, без буквы К - с фазным ротором;

3 - класс изоляции ;

4 - условный диаметр сердечника статора;

5 - условная длина сердечника статора;

6 - число полюсов магнитного поля статора;

7 - климатическое исполнение;

8 - категория размещения;

Рисунок 35 - Расшифровка типа крановых двигателей.

2.3.3 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Применяются для привода механизмов металлургического производства и других устройств, работающих в условиях повышенной температуры окружающей Среды. Расшифровка типа этих двигателей на рис.35

МТ Н Х Х - Х Х Х

1 2 3 4 5 6 8

1 - шифр металлургических двигателей; 7

2 - буква К означает к.з. ротор, без К - фазный ротор;

3 - класс изоляции Н;

4 - условный диаметр сердечника статора;

5 - условная длина сердечника статора;

6 - число полюсов магнитного поля статора;

7 - климатическое исполнение;

8 - категория размещения.

Рисунок 36 - Расшифровка типа металлургических двигателей.

Для взрывоопасных производств выпускаются взрывозащищенные асинхронные двигатели с к.з. ротором основной серии В и рудничного исполнения серии ВР взамен двигателей старой серии ВАО.

Эти двигатели предназначены для работы в продолжительном режиме 1, см. 12 .

Серии электродвигателей обновляются каждые 8 - 10 лет.

2.3.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АД В НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ

Каждый двигатель имеет свой паспорт в котором, кроме номинальных данных указанных на табличке двигателя, указывается еще ряд его параметров:

- кратность пускового тока Іп

α = ^________ ;

Іном

где Іп - пусковой ток;

М мах

- перегрузочная способность = ^_________ ;

М ном

где М мах - максимальный электромагнитный момент двигателя ;

М п

- кратность пускового момента _____ ;

М ном

где Мп - пусковой момент двигателя.

Из данных указанных на табличке АД можно определить:

- потребляемую мощность при номинальной нагрузке

Р_2ном

Р_{1ном =} ------------ (113)

η ном

- номинальный электромагнитный момент

9,55 Р_2ном

М_{ном =} ^{_____________} (114)

_2ном

_{1 2ном}

- номинальное скольжение _{ном =} ________ (115)

₁

60 ₁

где _{1 =} ^______

р

- номинальный линейный ток обмотки статора

Р_2ном

І_1лном = --------------------------------------- (116)

√ 3 _{1л ном} η _{ном ном}

Р_2ном (1- η _ном)

- потери мощности ∆ Р_ном= Р_1ном - Р_2ном = ______________ (117)

_{η ном}

2.4 УСТРОЙСТВО ОБМОТКИ СТАТОРА АД

Проводники обмотки статора, находящиеся в пазах сердечника статора называются пазовыми проводниками.

Часть дуги внутренней расточки статора, приходящаяся на один полюс называется полюсным делением π Д_{1 1}

= ^______ = ^_______ ; (118)

2 р 2 р

где р - число пар полюсов поля статора;

_{1 -} число пазов сердечника статора;

Д_{1 -} внутренний диаметр сердечника статора.

Простейший элемент обмотки - виток.

Виток - это элемент обмотки, состоящий из двух послодовательно соединенных лобовой частью пазовых проводников, находящихся друг от друга на расстоянии равном полюсному делению.

Витки составляют катушку.

Катушка - это совокупность витков, соединенных последовательно и имеющих общую изоляцию от сердечника Ст.МЭК 50/151-78 .

Катушки могут обьединяться в катушечную группу.

Катушечная группа - ряд последовательно соединенных между собой катушек, которые лежат в соседних пазах и принадлежат одной фазной обмотке.

Число катушек q ₁ в катушечной группе определяется числом пазов приходящихся на полюс и фазу:

₁

_{q 1} = ^_________ ; (119)

2 р₁

где ₁ - число фаз питающего напряжения.

Катушечные группы обьединяются в фазные обмотки.

Фазная обмотка - совокупность катушек либо катушечных групп, присоединенных к внешней цепи.

Число катушечных групп в фазной обмотке определяется числом полюсов магнитного поля статора 2р.

Фазные обмотки составляют обмотку статора.

Число фазных обмоток определяется количеством фаз питающего напряжения.

Расстояние между пазовыми проводниками катушки, измеренное по внутренней поверхности статора, называется шагом обмотки по пазам - y ₁ (выражается в пазах).

Шаг равный полюсному делению называется полным (диаметральным) шагом.

₁

_{y 1} = ^_________ = (120)

2 р₁

2.5 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА

Существует три основных типа обмоток статора:

1) двухслойная обмотка с целым числом пазов приходящихся на полюс и фазу;

2) двухслойная обмотка с дробным числом пазов приходящихся на полюс и фазу;

3) однослойная обмотка.

Наиболее часто применяется первый тип обмоток, особенно в АД средней и большой мощности.

Для наглядного изображения обмоток пользуются их развернутыми схемами, при построении которых цилиндричекую поверхность сердечника статора вместе с обмоткой условно развертывают на плоскости. а все катушки изображаются одновитковыми в виде прямых линий.

Сечение пазовых проводников выбирается исходя из того, что в обмотке плотность тока должна быть в пределах = 4 - 6 А/мм².

Таким образом, для построения развернутой схемы обмотки статора АД необходимо иметь следующие данные:

- число фаз напряжения сети ₁ ;

- число полюсов поля статора 2р ;

- число пазов сердечника статора _1.

В качестве примера, возьмем следующие исходные данные: ₁ = 3 ; 2р = 2 ; ₁ = 12 ;

y ₁ = , т.е. шаг обмотки диаметральный.

Необходимо определить:

₁ 12

- шаг обмотки по пазам y _{1 =} ^_______ ₌ ^____ ₌ 6 пазов ;

2р 2

₁ 12

- число катушек в катушечной группе q = ^_______ = ^_______ = 2 ;

2р 2 * 3

360 р 360 * 1

- пазовый угол γ = ^_______ = ^_______ = 30^о , т.е. угол фазового сдвига между

Z1 12

пазовыми ЭДС в соседних пазах 120

- сдвиг начал фазных обмоток λ = ^____

^γ

^- число катушечных групп - 2р = 2

Построение развернутой схемы данной обмотки статора (рис.37) производится в следующей последовательности:

1) на развернутой поверхности сердечника статора размечаются пазы (₁= 12) и полюсные деления ( = ₁/2р = 6 пазов)

2) Отмечается точка начала первой катушечной группы фазы А (Н1А). Из этой точки сплошной линией обозначается верхний пазовый проводник первой катушки в пазу 1, а в пазу 7 пунктирной линией нижний пазовый проводник этой же катушки, затем аналогичным образом строится вторая катушка, пазовые проводники которой будут проходить через пазы 2 и 8, конец второй катушки обозначается К1А, т.е. конец первой катушечной группы фазы А.

3) Аналогично строятся катушки второй катушечной группы фазы А, проводники которых пройдут через пазы 7 - 1 и 8 - 2, начало второй катушечной группы фазы А обозначается Н2А, а конец К2А.

4) Обе катушечные группы соединяются между собой последовательно, т.е. К1А соединяется с К2А.

5) Присоединив начало первой катушечной группы фазы А (точка Н1А) к зажиму С1(1), а начало второй (точка Н2А) к зажиму С4(2) получают фазную обмотку фазы А. При таком соединении ЭДС фазной обмотки равна векторной сумме ЭДС катушечных групп.

6) Аналогичным образом строятся фазные обмотки В и С.

Рисунок 37 - Развернутая схема трехфазной обмотки статора.

2.6. УРАВНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, МДС И ТОКОВ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Обмотка ротора АД не имеет электрической связи с обмоткой статора, т.е. энергия из первичной обмотки (обмотки статора) во вторичную (обмотку ротора) передается магнитным полем, т.е. также как и в трансформаторе.

При работе АД токи, протекающие в обмотках статора и ротора создают две МДС:

МДС статора ₁ и МДС ротора _2. Совместным действием эти МДС наводят в магнитной системе АД результирующий магнитный поток вращающийся относительно статора с синхронной частотой ₁ (угловой скоростью _о).

Этот результирующий поток Ф можно рассматривать состоящим из основного магнитного потока Ф , сцепенного как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора, и потоков рассеяния статора Фσ ₁ и ротора Фσ _2.

Все эти потоки, в соответствии с законом ЭМИ, наводят ЭДС:

- основной магнитный поток Ф наведет в обмотке статора ЭДС самоиндукции Е_1,

см (106);

- магнитный поток рассеяния Фσ₁ наведет в обмотке статора ЭДС рассеяния Еσ₁ действующее значение которой определится по формуле: Еσ₁ = - І₁ Х₁ , т.е. как в трансформаторе, см. (21).

Следовательно для цепи обмотки статора, включенной в сеть с напряжением ₁ по второму закону Кирхгофа можно записать:

₁ + Е₁ + Е σ ₁ = І_{1 1}

отсюда можно получить уравнение напряжений обмотки статора:

₁ = - Е₁ + І₁ Х₁ + І_{1 1} (121)

оно аналогично уравнению напряжения первичной обмотки трансформатора, см (23).

Ротор вращается с частотой _{2 1} в сторону вращения магнитного поля статора, поэтому частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения , см. (108). Частоту скольжения можно определить еще следующим образом: