Введение

Электродвигатели широко используются для привода механизмов и рабочих машин в промышленности, сельском хозяйстве, военном деле и быту. Простейшие механизмы обычно нерегулируемые, например, компрессор домашнего холодильника, наждак, двери лифта.

Сложные механизмы и рабочие машины требуют регулирования параметров подводимой механической энергии (например, частоты вращения и мо­мента на валу). Так, почти у всех механизмов подъёма должна регулироваться частота вращения, чтобы обеспечивались все технологические скорости перемещения груза. Электропривод таких механизмов и машин должен быть регулируемым, экономичными, позволять управлять машинами по оптимальным законам, обеспечивать высокую производительность оборудования.

Электропривода с традиционными двигателями постоянного тока имеют отличные регулировочные свойства, но отличаются малой надёжностью и пожаро- и взрывоопасностью из-за наличия скользящего контакта щёточно-коллекторного узла. На смену им приходят привода с бесконтактными вентильными электродвигателями.

В настоящее время наиболее распространенными двигателями для регулируемых и всех нерегулируемых электроприводов являются асинхронные двигатели. Они проще по конструкции, надежнее и дешевле двигателей постоянного тока. Электромашиностроительные заводы выпускают громадное количество асинхронных двигателей в большом ассортимен­те [12].

Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с принципом действия и устройством трехфазного асинхронного двигате­ля с короткозамкнутым ротором, с условными графическими обозначе­ниями и простейшими электрическими схемами, пуском этих двигате­лей. Объектом изучения служит небольшой серийный асинхронный дви­гатель.

1. Программа работы

1.1. Изучение и краткое описание принципа действия и устройства

трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

1.2. Определение технических данных двигателя по справочникам. 1.3. Разработка электрической принципиальной схемы включения двигателя по заданию.

1.4. Подбор элементов и сборка разработанной схемы.

1.5. Пуск, реверс и отключение двигателя.

По материалам работы должен быть составлен и защищен отчет. Пункты 1.1, 1.2 и 1.3 программы студенты выполняют до начала ла­бораторной работы и записывают соответствующие материалы в отчет. Это служит допуском к лабораторному занятию.

2. Принцип действия и устройство асинхронных двигателей

При протекании трёхфазной системы токов по трёхфазной обмотке статора в двигателе создаётся магнитное поле с индукцией В_, распределённой вдоль окружности воздушного зазора между статором и ротором по синусоидальному закону, и вращающееся в направлении чередования фаз с угловой скоростью _п =₁ (рис. 4.1).

Это поле обеспечивает изменяющееся во времени потокосцепление с обмотками статора и ротора, индуктирующее в них ЭДС электромагнитной индукции. Под действием ЭДС ротора в проводниках его обмотки протекают переменные токи, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем. В результате этого взаимодействия на проводники ротора действуют электромагнитные силы (силы Ампера), определяющие момент М, который может привести ротор во вращение с угловой скоростью ₁ в направлении вращения поля, преодолевая момент сопротивления М_с.

Движение ротора двигателя совместно с механизмом описывается известным уравнением механики:

М – М_с = J (d/dt), (1)

где J – суммарный момент инерции вращающихся частей. Ротор не может разогнаться до скорости поля из-за наличия момента сопротивления на валу. Согласно уравнению (1) он сможет разогнаться только до такой скорости   _п, при которой его момент будет равен моменту сопротивления М = М_с.

Относительную скорость проскальзывания ротора и поля называют скольжением S:

S = (_п- )/_п .

Таким образом, энергия источника переменного тока (сети), подводимая к обмотке статора, превращается в механическую энергию на валу, передаваемую рабочему механизму, и частично в потери. При этом ротор вращается со скоростью   _п1, т.е. несинхронно с магнитным полем. Поэтому рассматриваемое устройство является асинхронным двигателем.

б)

Рис.4.1. Пояснения к принципу действия асинхронного двигателя

Ротор вращается под действием электромагнитного момента М в направлении вращения магнитного поля. Следовательно, для изменения направления вращения ротора (реверса) необходимо изменить чередование фаз напряжения, подводимого к обмотке статора, т.е. поменять присоединение двух любых проводов.

На внутренней цилиндрической поверхности сердечника статора и наружной поверхности сердечника ротора штампуют равномерно распределённые пазы для обмоток. Обмотка статора выполняется из медных изолированных проводников. Обмотка ротора может быть выполнена в виде системы стержней из сплава алюминия, залитого в пазы сердечника ротора, и замыкающих колец на торцах. Такую обмотку называют беличьей клеткой, а ротор - короткозамкнутым. В другом варианте обмотка ротора выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора и соединяется в звезду. При этом начала фаз обмотки ротора присоединяют к трём изолированным латунным или медным кольцам, расположенным на валу двигателя. На кольца установлены неподвижные щётки, к которым можно подключать, например, дополнительные сопротивления. Ротор с такой обмоткой называют фазным.

Конструкцию асинхронного двигателя вначале можно изучить по учебнику или справочнику по электрическим машинам, а затем по плакатам и макетам, имеющимся в лаборатории. В отчёте следует изобразить упрощённый эскиз двигателя с короткозамкнутым ротором, пронумеровать и назвать важные элементы и указать их назначение.