- •Раздел 3. Электропривод на базе асинхронных двигателей
- •3.5. Баланс мощностей
- •3.8. Ад с фазным ротором.
- •3.9.1.7. Критическое скольжение
- •3.9.1.9. Перегрузочная способность ад
- •3.9.1.10. Кратность пускового момента ад
- •3.9.3. Рабочие характеристики ад
- •3.9.3.1. Коэффициент полезного действия ад и потери.
- •3.9.3.2. Коэффициент мощности.
- •3.10. Масса и номинальная скорость вращения
- •3.11.4. Пуск ад с фазным ротором
- •3.11.5.2. Пуск при пониженном напряжении.
- •3.11.5.3. Глубокопазные короткозамкнутые ад
- •4) При изменении напряжения скорость можно регулировать в небольших пределах (максимум от sном до sк).
- •3.13.2.3. Область применения
- •3.13.3. Регулирование скорости вращения ад изменением числа пар полюсов.
- •3.13.3.1. Двухобмоточные многоскоростные двигатели
- •3.13.3.6. Реализация
- •2) Со звезды у (рис.19а) на двойную звезду уу (рис. 18б).
- •3.13.4. Частотное управление ад
- •3.14.2. Торможение противовключением
- •3.14.3. Динамическое торможение ад
Раздел 3. Электропривод на базе асинхронных двигателей
3.1. Введение
Асинхронные двигатели являются самым распространенным типом электродвигателей. На долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью [16]. Суммарный объем электроэнергии, используемой для приведения в движение всех приводов с асинхронными двигателями, составляет более 50% всей потребляемой электроэнергии [41].
Широкое распространение асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.
3.2. Область применения на ЛА
Свое применение нашли АД и в составе электропривода на летательных аппаратах. В частности, на самолетах Ту-154, Ил-62, Ил-76, Ил-86, у которых основной системой электроснабжения является система переменного тока стабильной частоты, АД используется в качестве привода управления закрылками, управления стабилизаторами и в топливных системах. Их количество на некоторых объектах составляет более двух десятков. В автоматизированных системах, в пилотажно-навигационном комплексе и приборном оборудовании широко используются двухфазные асинхронные микродвигатели [27].
3.3. Устройство АД
1) Неподвижный статор с (как правило) тремя фазными обмотками, образующими полюса, и сдвинутыми в пространстве на 120 град.
Обмотка статора обычно выполняется с кремний-органической изоляцией. В авиационных АД сравнительно небольшой мощности (до 1,5 кВт) применяются, как правило, однослойные обмотки, - более простые по технологии изготовления. При использовании таких обмоток отсутствует межкатушечная изоляция и увеличивается коэффициент заполнения паза медью.
Двухслойные обмотки применяются в АД относительно большой мощности. Они обеспечивают лучшую форму магнитного поля в двигателях. Двухслойные обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу в двигателях используют редко, так как при этом не обеспечивается приемлемая форма магнитного поля.
2) Подвижный короткозамкнутый или фазный ротор.
Обмотка ротора в некоторых маломощных двигателях выполняется путем отливки под давлением из алюминия [27].
В маломощных АД воздушный зазор между статором и ротором составляет 0,2 – 0,3 мм, в двигателях большой мощности – несколько миллиметров.
3.4. Принцип действия АД
На три фазы статорной (первичной) обмотки АД подается переменное напряжение ua=Umsin(t), ub=Umsin(t-/3); uc=Umsin(t-2/3), где =2πf1.
В обмотках начинают протекать фазные токи, также сдвинутыми относительно друг друга на 120 эл.градусов.
Возникает магнитное поле статора, вращающееся с угловой скоростью Ω0=2πf1/p.
Явление вращающегося магнитного поля открыл в 1885 году Галилей Феррарис [37].
Магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора (вторичной обмотки) и индуцирует в ней ЭДС:
E2=4,44w2f2Фm=4,44w2 s f1Фm = с2(Ω0-Ω)Фm, (1)
где Фm – амплитуда магнитного потока, пронизывающего проводники ротора. Формула (в части коэффициента 4,44 справедлива для синусоидально изменяющегося потока).
Направление E2 определяется по правилу правой руки. Наведенная ЭДС создает в замкнутой обмотке токи. Ток ротора возбуждает в роторе поле рассеяния, индуктирующее в свою очередь в обмотке ротора ЭДС рассеяния ротора E2, также в свою очередь влияющую на величину тока в обмотке ротора. Окончательно действующее значение тока в обмотке ротора
, (2)
где r2 – активное сопротивление обмотки ротора, x2=E2/I2=L2=2f2L2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора.
Индуктивное сопротивление (индуктивность) стержней ротора мало, ток практически совпадает по фазе с ЭДС [27].
Поле ротора, вращается синхронно с полем статора и образует общий вращающий поток двигателя.
Поле ротора индуцирует в обмотке статора ЭДС [39]:
, (3)
где kw1– обмоточный коэффициент; величина kw1 < 1; введением этого коэффициента учитывают уменьшение результирующей ЭДС при геометрическом сложении ЭДС отдельных витков обмотки, распределенных по пазам статора.
В результате взаимодействия токов ротора с магнитным потоком возникают действующие на проводники ротора механические силы, направление которых определяется по правилу левой руки, и вращающий электромагнитный момент.
, (4)
где 2 – угол сдвига между векторами I2 и E2 [40]:
Угол 2 зависит от соотношения индуктивного сопротивления ротора х2 и активного сопротивления ротора R2. В момент пуска, когда х2 >> R2, угол 2 приближается к 90 град, а cos 2 имеет малые значения, поэтому даже при максимальных значения E2, наблюдаемых при пуске, пусковой момент АД невелик [47].
(5) |
см – коэффициент
(6)
При этом для создания момента необходимо, чтобы поток статора пересекал бы проводники ротора, т.е, чтобы статорное поле вращалось со скоростью выше частоты вращения ротора. Эта разница в скорости вращения называется скольжением.
, (7)
где Ωр – угловая скорость поля ротора относительно ротора.
Таким образом, отличительной особенностью АД, давшей ему название, является то, что поле статора и ротор вращаются с разными скоростями, т.е. не синхронно или асинхронно.
Частота ЭДС (токов) обмоток ротора
(8)
Между обмотками статора и ротора существует только магнитная (трансформаторная) связь, называемая также индуктивной, вследствие чего асинхронные машины в зарубежной литературе называют также индукционными.
Другими словами, принцип работы АМ основан на использовании взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными (индуцированными) этим полем в обмотках ротора. Поэтому такие машины называют индукционными [27].