Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронные двигатели с двойной беличьей клеткой и углубленными пазами ротора

Асинхронные двигатели с двойной беличьей клеткой и углубленными пазами ротора

Асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом имеют специальную конструкцию ротора. К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и двигатели с глубокими пазами.

Ротор двигателя с двойной беличьей клеткой имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка 1 является пусковой. Она обладает большим активным и малым реактивным сопротивлениями. Внутренняя клетка 2 является основной обмоткой ротора; она обладает незначительным активным и большим реактивным сопротивлениями. В начальный момент пуска ток проходит по наружной клетке, которая создает значительный вращающий момент. По мере увеличения частоты вращения ток переходит во внутреннюю клетку, и по окончании процесса пуска машина работает как обычный короткозамкнутый двигатель с одной (внутренней) клеткой. Вытеснение тока в наружную клетку в начальный момент пуска объясняется действием, э. д. с. самоиндукции.

Вытеснение тока в верхние проводники ротора сильно сказывается при неподвижном роторе, когда частота тока, индуцируемого в обеих клетках ротора, велика. При этом индуктивные

сопротивления обеих клеток значительно больше активных и ток распределяется между ними обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям, т. е. проходит в основном по наружной клетке с большим активным сопротивлением.

Действие двигателей с глубокими пазами также основано на использовании явления вытеснения тока. В этих двигателях стержни 4 беличьей клетки выполнены в виде узких медных шин, заложенных в глубокие пазы ротора 3.

Нижние слои стержней, расположенные дальше от поверхности ротора, охватываются большим числом магнитных линий потока рассеяния 6, чем верхние, они имеют во много раз большую индуктивность. В начале пуска в результате увеличенного индуктивного сопротивления нижних частей стержней ток проходит, главным образом, по их верхним частям. При этом используется только небольшая часть поперечного сечения каждого стержня, что приводит к увеличению его активного сопротивления, а следовательно, и к возрастанию активного сопротивления всей обмотки ротора.

14. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.

Скорость вращения ротора

Регулирование скорости осуществляется либо изменением скольжения, либо изменением частоты питающей сети или числа пар полюсов. Изменение скольжения достигается включением в цепь ротора регулировочного сопротивления. Этот способ не экономичен, так как связан с дополнительными потерями энергии, тем не менее, он широко используется для двигателей с фазным ротором.

Регулирование скорости получается плавным, в исполнении достаточно просто, а значит и надежно. Частотный способ регулирования скорости, наиболее перспективен, но пока нет простого по конструкции и надежного генератора тока переменной частоты. Сейчас частотное регулирование осуществляется с помощью частотных преобразователей, что увеличивает стоимость установки. Изменение числа пар полюсов можно регулировать скорость ступенчатого при

Расчет иад с ротором типа «беличья клетка»

Методические указания к расчетно-практической работе

по курсу «Расчет элементов и устройств систем управления»

и для выполнения соответствующих разделов

дипломного проектирования для студентов специальности 210100

Балаковского института техники,

технологии и управления

Цель работы: ознакомиться с основами расчета асинхронных исполнительных двигателей

Анализ основных требований.

К управляемым двигателям переменного тока предъявляется ряд специфических требований, которые необходимо учитывать при проектировании. Важнейшими из этих требований являются: отсутствие самохода; достаточная линейность механических характеристик ( ); получение небольшого значения пускового момента на ватт потребляемой мощности; достаточно малое значение электромеханической постоянной времени (мсек); минимальное напряжение трогания (); возможность длительной работы в пусковом режиме (короткое замыкание).

Энергетические показатели работы двигателя: полезная мощность на валу, коэффициент полезного действия, — принимают во внимание после указанных выше требований. При прочих равных условиях их стремятся получить максимальными, что в ряде случаев определяет выбор ротора управляемого двигателя, число пар полюсов, частоту питающего напряжения.

Необходимо отметить, что одновременное выполнение всех указанных выше требований и получение высоких энергетических показателей двигателя в номинальном режиме невозможно. Обычно приходиться искать разумное компромиссное решение, при котором удовлетворяются наиболее важные для данного типа двигателя требования. Так, например, требования по отсутствию самохода и малой степени нелинейности механической характеристики заставляю выполнять двигатель с большим активным сопротивлением ротора. Естественно, что при этом к.п.д. и полезная мощность двигателя оказывается значительно ниже, чем у аналогичных асинхронных двигателей общего применения. Для получения минимального напряжения трогания двигатель должен иметь наименьшее число пар полюсов ри полный немагнитный ротор, что не всегда согласуется с оптимальными значениями других характеристик.

Кроме того, при проектировании двигателей необходимо учитывать требования ГОСТ на установочные и присоединительные размеры, ряд допустимых напряжений, частот и мощностей, а также технологические возможности осуществления выбранной конструкции.

Читать еще:  Асинхронные двигатели с регулятором числа оборотов

Принцип расчета управляемых асинхронных двигателей, исходя из 3-х требований:

— оптимизация характеристик в пусковом режиме;

— заданной величины значение электромеханической постоянной времени;

— малое значение степени нелинейной механической характеристики.

Выбор оптимальных соотношений проектирования.

Поскольку одним из основных режимов работы управляемого двигателя является пусковой режим, то при проектировании необходимо прежде всего обеспечивать наилучшие характеристики в этом режиме. Качество управляемого двигателя в пусковом режиме принято оценивать величиной пускового момента на ватт потребляемой мощности при номинальных значениях подводимого напряжения, соответствующих круговому вращающемуся магнитному полю.

Величина пускового момента:

(1)

где — мощность рассеиваемая в роторе двигателя.

Мощность, потребляемая двигателем в пусковом режиме,

где — потери в меди статора двигателя;— потери в железе.

В первом приближении при оценки оптимальных свойств двигателя потерями в стали до частоты 400-500 гц можно пренебречь; тогда пусковой момент на ватт потребляемой мощности (удельный пусковой момент) запишем в виде:

Из эквивалентной схемы двигателя для кругового вращающегося магнитного поля находим:

(2)

Подставляя это выражение в формулу (2), получим:

(3)

Формула (3) показывает, что удельный пусковой момент является функцией, зависящей от параметров двигателя и числа пар полюсов.

Поскольку характер этой зависимости и условия, при которых величина m имеет максимальное значение, различны для наиболее распространенных типов управляемых двигателей (с ротором типа беличья клетка и полым немагнитным ротором), то анализ оптимальных соотношений в двигателях целесообразно выполнить отдельно для каждого из этих типов машин.

Устройство асинхронного двигателя: достоинства и недостатки, принцип работы

  1. Как устроен асинхронный двигатель
  2. Разные типы двигателя
  3. Преимущества асинхронных двигателей
  4. Недостатки асинхронных двигателей
  5. Однофазное подключение электродвигателя

Наиболее популярным из существующих электродвигателей до сих пор является асинхронный двигатель, созданный ещё в XIX веке. Его конструкция оказалась гениально простой и настолько удачной, что все дальнейшие преобразования не касались принципа действия, затрагивая лишь технологию изготовления тех или иных деталей. Например, модифицироваться могли подшипники, на которых крепился вал двигателя, менялась форма обмоток ротора и статора, однако принцип работы асинхронного двигателя оставался прежним.

Как устроен асинхронный двигатель

Независимо от того, какие размеры имеет электрический мотор такого типа, его устройство будет одинаковым. Проще для примера рассмотреть трёхфазный электродвигатель. Такие моторы работают в заводских цехах – на конвейере и в станках, приводят в движение кабину лифта – в домах и на шахтах, перекачивают воду, крутя турбину насоса – и в небольшой скважине, и на мощных водозаборных станциях. Сфера применения трёхфазных устройств широка.

Разные типы двигателя

В отличие от трёхфазного, однофазный асинхронный двигатель часто применяется в бытовой технике – пылесосах, стиральных машинах, вентиляторах, кухонных комбайнах, блендерах и т.д. Они же применяются в магнитофонах и проигрывателях виниловых дисков. Даже в составе персонального компьютера можно найти не один асинхронный двигатель. Но к устройству этой версии двигателя мы вернёмся чуть позже.

Первым появился на свет именно трёхфазный электродвигатель, принцип работы которого строился на взаимодействии электромагнитных полей. Основные части асинхронного двигателя – это статор и ротор. Соответственно, статором была названа часть, которая остаётся неподвижной. Именно она находится непосредственно под внешней оболочкой устройства и имеет форму цилиндра. В этой части по кругу расположены три обмотки – под углом 120° друг к другу.

В современных двигателях можно насчитать множество обмоток, однако, они соединены друг с другом так, чтобы каждая последующая отличалась от предыдущей по фазе, и фазовый сдвиг между соседними обмотками составлял 120°. Обмотки наматываются медным проводом, и к каждой из групп подключается напряжение со своей фазы. Таким образом, получается, что магнитное поле движется по этим обмоткам, как бы замыкаясь в кольцо.

Статор тоже имеет свои обмотки. Так как на статор электричество не подаётся, он имеет право на замкнутый проводник, который иногда вместо обмоток формируют в виде так называемой беличьей клетки. Если сравнивать точнее, то эта деталь напоминает не саму клетку для проворного грызуна, а беличье колесо, предназначенное для того, чтобы животное выплёскивало свою неуёмную энергию. В роторе устройства «беличья клетка» формируется путём заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника, выполненного из набранных стальных листов. Такое устройство называется короткозамкнутым ротором.

Читать еще:  Что такое братский кулак в двигателе

Если статор выполнен с реальными обмотками, то он обычно делается многополюсным. Такой ротор называют фазным. Обмотки этого ротора замыкают звездой или треугольником.

Ротор имеет собственный вал, который опирается на задний и передний подшипники. Они, в свою очередь, закреплены на корпусе двигателя так, что ротор внутри статора может свободно вращаться. Принцип действия асинхронных двигателей основан на том, что в обмотках или «беличьем колесе» статором наводится магнитное поле. Под его действием в проводниках ротора появляется ток, а с ним – собственное магнитное поле.

Переменное магнитное поле статора увлекает за собой ротор, и тот начинает вращаться. Но магнитное поле ротора всегда запаздывает относительно поля статора, и вращение обоих полей не может происходить синхронно. Это заставляет ротор преодолевать множество действующих на него сил:

  • силу тяготения;
  • трение качения (если используется шариковый или роликовый подшипник);
  • трение скольжения (если в качестве подшипника применяется бронзовая втулка);
  • силу противодействия приводимого в движение оборудования.

Последняя сила зависит от многих моментов, поэтому её невозможно свести к какому-либо простейшему физическому параметру. Если надо сдвинуть с места трамвай, то двигателю приходится на себя брать нагрузку от редуктора, который надо раскрутить, от самого вагона, который надо сдвинуть, к тому же не надо забывать ещё и о силе трения качения, которое испытывают колёса транспортного средства.

В случае когда идет описание работы профессиональной мясорубки, которую приводит в действие асинхронный двигатель, то здесь преодолевается сопротивление и самого редуктора, и того куска мяса или даже кости, которую надо перемолоть.

Поскольку между статором и ротором есть зазор, то ротор под нагрузкой просто отстаёт от статора по угловой скорости. Следовательно, частота вращения ротора зависит от нагрузки на вал двигателя. Нарушается принцип синхронности, оттуда и название самого устройства: «асинхронный двигатель».

Преимущества асинхронных двигателей

Заложенный в асинхронный двигатель принцип работы даёт ряд преимуществ этому устройству:

  1. Простое устройство делает таковой экономичным в производстве.
  2. Низкое потребление энергии приводит к экономичности устройств, оснащённых таким двигателем.
  3. Универсальность применения в аппаратах, где не требуется точное поддержание частоты вращения или существует схема управления с обратной связью, обеспечивающая вращение с заданной частотой.
  4. Высокая надёжность в работе.
  5. Асинхронный двигатель может работать при однофазном подключении.

Недостатки асинхронных двигателей

Есть у электродвигателей такой конструкции и свои недостатки. К ним можно отнести потери на тепло. Они, действительно, могут перегреваться, особенно – под нагрузкой. Для этого их корпуса нередко делают ребристыми – чтобы они лучше излучали тепло в окружающее пространство. Также асинхронный прибор часто снабжается сидящим на том же валу вентилятором для обдува ротора, потому что корпус может отводить тепло только от статора, так как воздушного зазора между ними нет, чего не скажешь о роторе.

Невозможность стабильно держать частоту вращения делает асинхронный двигатель неприменимым в некоторых устройствах.

Однофазное подключение электродвигателя

В наших домашних приборах чаще всего можно встретить всё тот же асинхронный прибор. Но как же он «понимает», в какую сторону ему начать вращение при его запуске, если на него заводятся только одна фаза и ноль? В такой асинхронный двигатель принцип действия заложен такой же, как и у трёхфазного – вращение магнитного поля. Для этого у каждого двигателя есть ещё один контакт – пусковой.

Статор имеет две обмотки, между которыми выдерживается угол 90°. Обе группы катушек подключены к одной и той же фазе, однако, чтобы обеспечить сдвиг на те же самые 90° между обмотками, одна из них подключается через конденсатор. Это заставляет магнитное поле вращаться.

Подобные двигатели используются, например, в кофемолках или соковыжималках. Можно слышать, как изменяется звук асинхронного двигателя в этих приборах, когда они работают под нагрузкой. На холостом ходу частота вращения ротора у них явно выше.

Подводя итог важно сказать, что асинхронные электродвигатели обрели большую популярность. Конечно, нельзя не забывать о некоторых недостатках. Однако все они перекрываются благодаря великому множеству достоинств.

Вопрос 3. Асинхронный двигатель с двойной «беличьей клеткой». Частотное регулирование частоты вращения АД. Как изменяется при этом механические характеристики

Двухклеточные двигатели имеют на роторе две короткозамкнутые беличьи клетки, одна из которых представляет собой так называемую пусковую обмотку, а вторая — рабочую. Рабочая обмотка выполняется из медных стержней и размещается в нижних частях пазов, а пусковая обмотка изготовляется из латунных или бронзовых стержней и располагается в верхних частях пазов, ближе к воздушному зазору. Сечение стержней пусковой обмотки может быть несколько меньше, чем у рабочей обмотки. Однако сечение и теплоемкость стержней пусковой обмотки должны быть достаточно велики, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев этой обмотки при пуске. Иногда рабочую и пусковую обмотки размещают в отдельных пазах (рис. 27-5, а справа). В связи со сказанным активное сопротивление пусковой обмотки rп обычно в 2—4 раза больше активного сопротивления rр рабочей обмотки. Наоборот, индуктивное сопротивление рассеяния пусковой обмотки хоп в несколько раз меньше, чем хоp рабочей обмотки, поскольку последняя утоплена глубоко в стали сердечника ротора.

Читать еще:  Prado 120 какое масло лить в двигатель

Вращающееся магнитное поле двигателя индуктирует в обеих обмотках ротора одинаковые э. д. с.

При пуске вследствие большой частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки относительно велико и значительно больше полного сопротивления пусковой обмотки. Поэтому при пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка, и ввиду большой величины ее активного сопротивления двигатель развивает большой пусковой момент. При разбеге двигателя частота тока ротора уменьшается, и при нормальной скорости вращения (s = 0,02 ÷ 0,05) индуктивные сопротивления рассеяния обмоток ротора будут в 20—50 раз меньше, чем при пуске. Поэтому в рабочем режиме активные сопротивления обмоток ротора значительно больше индуктивных и полные сопротивления обмотки определяются величинами активных сопротивлений. Вследствие этого при работе двигателя полное сопротивление рабочей обмотки значительно меньше, чем полное сопротивление пусковой, и током нагружена главным образом рабочая обмотка. Ввиду малости активного сопротивления этой обмотки двигатель имеет хороший к. п. д.

Таким образом, в двухклеточном двигателе при пуске происходит вытеснение тока ротора по направлению к воздушному зазору.

В пусковой обмотке двухклеточного двигателя при тяжелых условиях пуска (большой маховой момент приводимого агрегата и пуск под нагрузкой) выделяется большое количество тепла, и эта обмотка при пуске соответственно удлиняется, в то время как рабочая обмотка при пуске остается холодной и не удлиняется. Поэтому во избежание нарушения сварных соединений стержней с торцовыми короткозамыкающими кольцами стержни пусковой и рабочей обмоток присоединяются к отдельным кольцам.

Регулирование скорости изменением первичной частоты (частотное регулирование) требует применения источников питания с регулируемой частотой (синхронные генераторы с переменной скоростью вращения и др.). Поэтому данный способ регулирования используется

главным образом в случаях, когда для целых групп двигателей необходимо повышать (n > 3000 об/мин) скорости вращения (например, ручной металлообрабатывающий инструмент, некоторые механизмы деревообрабатывающей промышленности и др.) или одновременно и плавно их регулировать (например, двигатели рольгангов мощных прокатных станов и др.). С развитием полупроводниковых преобразователей все более перспективным становится также индивидуальное частотное регулирование скорости вращения двигателей. Схему короткозамкнутого асинхронного двигателя с частотным управлением при помощи полупроводниковых преобразователей можно получить, если на схеме заменить явно-полюсный ротор на ротор с обмоткой в виде беличьей клетки и питать эту схему от сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель. Управление инвертором при этом производится особым преобразователем частоты вне зависимости от положения ротора двигателя. Величина напряжения регулируется, с помощью выпрямителя.

Если пренебречь относительно небольшим падением напряжения в первичной цепи асинхронного двигателя, то

Существенное изменение величины потока Ф при регулировании n нежелательно, так как увеличение Ф против нормального вызывает увеличение насыщения магнитной цепи и сильное увеличение намагничивающего тока, а уменьшение Ф вызывает недоиспользование машины, уменьшение перегрузочной способности и увеличение тока I2 при том же значении М и т. д. Поэтому в большинстве случаев целесообразно поддерживать Ф = const. При этом следует, что одновременно с регулированием частоты пропорционально ей необходимо изменять также напряжение, т. е. поддерживать

Отступление от этого правила целесообразно только в случаях, когда Мст быстро уменьшается с уменьшением n (например, приводы вентиляторов, когда Мст =n 2 ), в этом случае более быстрое уменьшение по сравнению с f1 вызывает уменьшение Ф и улучшает энергетические показатели двигателя и в то же время уменьшение Мm с точки зрения перегрузочной способности не опасно.

При широком диапазоне регулирования правильнее поддерживать

К недостаткам частотного регулирования относится громоздкость и высокая стоимость питающей установки.

Закон частотного регулирования:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector