Avtoargon.ru

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

Принцип действия асинхронного двигателя: достоинства и недостатки

Что такое пусковая характеристика асинхронного двигателя

Асинхронный (индукционный) двигатель – механизм, превращающий силу переменного тока в механическую. Под асинхронным подразумевают, что скорость движения магнитной силы статора выше аналогичной величины оборотов ротора.

Для того, чтобы получше представлять, что такое асинхронный двигатель и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, где он используется и как работает, необходимо разобраться в его составных частях и деталях, исследовать технические характеристики. Кроме того, не лишним будет понять, как происходит преобразование силы во время пуска и где используется асинхронный двигатель на практике.

В сегодняшней статье мы попробуем ответить на самые интересные вопросы, связанные с асинхронными двигателями, разобраться в том, что такое устройство однофазного асинхронного двигателя, рассмотрим принципы работы, а также плюсы и минусы данного типа устройств.

Немного истории

Первый подобный механизм электродвигателей появился еще в 1888 году и представил его американский инженер Никола Тесла. Однако, его опытный образец устройства и был не самым удачным, так как был двух фазным или много фазным и рабочие характеристики асинхронного двигателя не удовлетворяли потребителей. Поэтому широкого распространения не получил.

А вот благодаря российскому ученому Михаилу Доливо-Доброволь скому в изобретение удалось вдохнуть новую жизнь. Именно ему принадлежит первенство в деле создания первого в мире трехфазного асинхронного мотора. Такое усовершенствование конструкции стало революционным, так как принцип работы трехфазного асинхронного двигателя позволял использовать для работы всего три провода, а не четыре. Так что для плавного пуска устройства в массовое производство препятствий больше не оставалось.

Сегодня, благодаря своей простоте эти машины получили широкое распространение, а механическая характеристика асинхронного двигателя устраивает всех водителей.

Простота в использовании, принцип действия асинхронного двигателя, легкий пуск, надежность и дешевизна, помогли этим моторам распространиться по всему миру и буквально совершить технический переворот в промышленности.

Принцип работы трехфазного двигателя основан на питании от трех фаз переменного тока в стандартной сети. Для работы ему требуется именно такое электричество и поэтому он назван трех фазным.

Устройство трехфазного двигателя

Любой мотор асинхронного типа, независимо от его мощности и размеров, состоит из одних и тех же частей, механическая характеристика асинхронного двигателя также одна и та же. Главными среди составляющих являются:

  • статор (неподвижная часть машины)
  • ротор (вращающаяся часть)

Помимо этого, в современных трех фазных двигателях можно найти следующие детали:

  • вал
  • подшипники
  • обмотку
  • заземление
  • корпус (в который монтируются все детали)

Как уже указывалось выше, базовые элементы двигателя — это статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная деталь).

Статор выполнен в виде цилиндра, составлен данный элемент из множества металлических, форменных листов. Внутренняя часть создана таким образом, чтобы расположить обмотку. Центры обмоток расположены под углом в 120 градусов, а подключение происходит, исходя из доступного напряжения и двух возможных вариантов: на три или пять контактов.

Принципы, использование которых лежит в работе такого приспособления, как устройство асинхронного двигателя:

  1. Правило левой руки буравчика.
  2. Закон электромагнитной индукции Фарадея.

Исходя из типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым или фазным.

Короткозамкнутым называют ротор, состоящий из множества стальных частей. Работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором заключается в следующем: в специальные пазы заливают алюминий, формирующий сердцевины, крепящиеся с обеих сторон стопорными кольцами, такая конструкция получила название «беличья клетка». Называется так, потому что замкнута накоротко и в ней не может использоваться сопротивление.

Фазным называют ротор, который обмотан по принципу, аналогичному статору, подходящему для трехфазной сети. Края проводки сердцевины замыкают в звезду, а оставшиеся контакты подводят к контактным частям.

Согласно принципу обратимости, любым фазным асинхронным двигателям свойственна возможность работать в качестве двигателя, генератора или электромагнитного тормоза. Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя:

  1. Двигатель.
  2. Самый частый вид использования механизма.
  3. Генератор.
  4. Действие машины можно обратить, то есть механическую энергию, приложенную к сердцевине можно превратить в электрический ток. Для этого центральной части нужно вращаться быстрей магнитного поля. Потребляя механическую энергию генератор начнет создавать тормозной момент, возвращая электрическую энергию.
  5. Электромагнитный тормоз.

Изменение порядка чередования фаз приводит к тому, что магнитное поле и сердцевина вращаются в различные стороны, при этом потребляется как механическая энергия, так и напряжение сети, создавая тормозной момент. Собранная энергия приводит к нагреву машины.

Принцип работы трехфазного двигателя

Принцип работы асинхронного двигателя в следующем: подавая напряжение на статор, в его проводке возникает магнитное воздействие, которая благодаря углу размещения осей обмоток, суммируется и создает итоговый, вращающий магнитный поток.

Вращаясь, он создает в проводниках электродвижущую силу. Обмотка сердцевины, создана таким образом, что при включении в сеть, появляется сила, налаживающаяся на действие статора и создающая движение.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя зависит и от сердцевины. Движение сердцевины происходит, когда магнитная сила статора и пусковой момент преодолевают тормозную мощность ротора и внутренняя часть начинает движение, в этот момент проявляется такой показатель, как скольжение.

Скольжение очень важный параметр. В начале движения ротора оно равно 1, но вместе с ростом частоты движения, наблюдается выравнивание, и как следствие снижаются электродвижущие силы и ток в обмотках, это приводит к снижению вращающего момента.

Существует крайний предел скольжения, превышать это значение не стоит, ведь механизм может «опрокинуться», что приведет к нарушению его нормальной работы. Минимальное скольжение происходит на холостых оборотах мотора, при увеличении момента значение будет расти, до наступления критической отметки.

Во время пуска вектор результирующего магнитного поля неподвижной части плавно вращается с определенной частотой. Через сечение ротора проходит магнитный поток. Электроэнергия, подходящая к двигателю в момент пуска, уходит на перемагничивание статора и ротора.

Стоит заметить, что для электромоторов, в том числе асинхронных свойственно то, что во время пуска в короткий промежуток времени достигается до 150% крутящего момента. Пусковой ток превышает номинальный в 7 раз и из-за этого, в момент пуска падает напряжение во всей электрической сети. Если падение напряжения слишком большое, то даже сам двигатель может не запуститься – таков принцип его действия. Поэтому на практике используют устройство плавного пуска.

Устройство плавного пуска

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей имеет свою специфику. Оно используется для плавного пуска или остановки электромагнитных двигателей. Может быть механическим, электромеханичес ким или полностью электронным.

Пусковая характеристика асинхронного двигателя предназначена:

  • для плавного разгона асинхронного двигателя
  • для плавной остановки
  • для снижения тока во время пуска
  • для синхронизации нагрузки и крутящего момента

Принцип работы и действия устройства плавного пуска основаны на широкой вариативности переменных. Как следствие, появляются большие возможности для управления режимами работы.

Хорошие и плохие свойства асинхронных моторов

Асинхронный двигатель принцип работы и устройство имеет достоинства и недостатки. Трансформаторы, внутри которых находится вращающийся ротор, используемый для работы двигателя, получили обширное применение так как принцип действия у них простой и понятный, а само устройство работает бесперебойно. Однако и короткозамкнутым и фазным устройствам свойственны определенные недостатки. Причем именно принцип их действия лежит в основе данных минусов.

  1. Короткозамкнутым и фазным устройствам свойственна простота конструкции.
  2. Так как принцип действия очень прост, устройства получаются дешевыми.
  3. Простота пуска и высокие эксплуатационные характеристики.
  4. Простота пуска обеспечивает легкое управление.
  5. Принцип действия и работы таков, что асинхронные моторы могут работать в тяжелых условиях.
  1. Принцип работы основан на том, что при изменении скорости, теряется мощность.
  2. Когда увеличивается нагрузка, практически сразу начинает снижаться крутящий момент.
  3. В момент плавного пуска, мощность асинхронного мотора достаточно низкая.
Читать еще:  В какую сторону крутится двигатель на стиральной машине

Стоит отметить, что в настоящее время, отдается предпочтение устройствам с короткозамкнутым ротором. А вот устройства, в которых ротор фазный используются в редких случаях, как правило, когда достигается большая мощность.

ПУСКОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Пусковые свойства электродвигателей основного исполнения модификаций приведены в следующих таблицах:

Тип двигателя . . . ……….. 4А 4АН 4АР 4АС 4А многоскоростные

Номер таблицы. 3.1 3.2 3.3 3.4. 3.5

Механическая характеристика электродвигателя (рис. 3.1) опре­деляется следующими точками: начальным пусковым моментом Мп при скольжении s=l; минимальным вращающим моментом М min при скольжении 0,7—0,9; максимальным вращающим моментом Мкпри скольжении s=sк; номинальным вращающим моментом Мном при скольжении s= sном.

Номинальный вращающий момент Мном, Н*м, рассчитывается по формуле

(3.1)

где Р2ном — номинальная мощность, кВт (см. гл. 2); пс — синхрон­ная частота вращения, об/мин; sном —номинальное скольжение.

В табл. 3.1—3.5 приведены:

каталожные значения отношений начального пускового, мини­мального и максимального моментов к номинальному моменту:

расчетные значения скольжений, соответствующих номинальному и максимальному моментам (sном и sк);

Рис. 3.1. Механиче­ская характеристика асинхронного двига­теля.

каталожные значения отношений начального пускового тока к номиналь­ному (iп=Iп/Iном );

начальная скорость нарастания тем­пературы обмотки статора при затормо­женном роторе и пуске двигателя из практически холодного состояния υt;

динамический момент инерции ро­тора Jд.р;

длительность пуска двигателя tп0 и предельно допускаемое число пусков в час h при отсутствии статического и динамического моментов сопротивле­ния на валу двигателя. Длительность пуска двигателя tп,с, и предельно допу­скаемое число пусков в час h при нали­чии статического и динамического моментов сопротивления могут быть определены по формулам:

(3.3)

где Fi=(Jд,р+Jд,м)/Jд,р — коэффициент инерции; Jд,м — приведен­ный к валу двигателя динамический момент инерции приводимого механизма; km — коэффициент, определяемый зависимостью статиче­ского момента сопротивления от частоты вращения двигателя тс= f( n/ nc) и механической характеристикой двигателя; тссном— отношение статического момента сопротивления к но­минальному вращающему моменту; ПВ — продолжительность вклю­чения электродвигателя, %; kP — отношение суммарных потерь дви­гателя при мощности, соответствующей длительному режиму, к сум­марным потерям при мощности, соответствующей повторно-кратко­временному режиму:

Предельно допускаемый динамический момент инерции приво­димого механизма, отнесенный к валу электродвигателя, Jд,max, кг*м 2 , при наличии момента сопротивления, следует определять по формуле

где Р2ном — номинальная мощность двигателя, кВт; р — число пар полюсов двигателя; ν, γ — показатели степени.

Значения коэффициентов k, km и показателей степени ν и γ приведены в табл. 3.6. Коэффициент km рассчитан для следующих случаев:

квадратичная зависимость статического момента сопротивления от частоты вращения mc=(n/ nc) 2 (вентиляторная характеристика);

линейная зависимость статического момента сопротивления от частоты вращения mc= n/ nc;

постоянный статический момент сопротивления нагрузки mc=const

При отсутствии статического момента сопротивления (mc =0) km=1.

Двигатель, нагретый до рабочей температуры, допускает один пуск с предельно допускаемым динамическим моментом инерции на валу. Двигатель, находящийся в практически холодном состоянии, допускает два последовательных пуска с предельно допускаемым динамическим моментом инерции на валу и остановкой двигателя между пусками.

Значения предельно допускаемых чисел пусков в час (hи h)и предельно допускаемого момента инерции Jд,max определяются предельно допускаемой температурой обмотки статора или ротора двигателя. При расчете hи h температура обмотки статора прини­мается равной предельной длительно допускаемой для класса нагревостойкости изоляционной системы. При определении предельно допускаемого динамического момента инерции в качестве предель­ной принята температура срабатывания встроенной температурной защиты при кратковременных перегрузках, равная в соответствии с публикацией МЭК: для изоляционных систем класса нагревостойкости В 200°С; для изоляционных систем класса нагревостойкости F 225°С. Температура обмотки ротора не должна превышать 250°С.

В тех случаях, когда характер зависимости тс= f( n/ nc) не со­ответствует приведенным выше, а также для двигателей, значения k, km, ν и γ для которых не приведены в табл. 3.6, можно поль­зоваться упрощенными формулами для определения длительности пуска tп,с, и допустимого числа пусков в час h:

, (3.5)

где nном=nс(1-sном) — номинальная частота вращения двигателя, об/мин; — среднее значение отношения вра­щающего момента двигателя к номинальному в процессе пуска; — среднее значение отношения статического момента сопротивления на валу двигателя к номинальному моменту в процессе пуска;

здесь PΣном=Р2ном(1-η)/η — суммарные потери при номинальной нагрузке, кВт; η — КПД двигателя при номинальной нагрузке (см. табл. 2.1—2.6); Aп0 потери энергии за один пуск при отсутствии статического и динамического моментов сопротивления, кВт*с;

, (3.7)

где — потери в обмотке статора при номиналь­ной нагрузке и расчетной рабочей температуре Θр, кВт.

Таблица 3.1 Пусковые свойства основного исполнения; степень защиты IP44

Асинхронный двигатель.

3-х фазный асинхронный двигатель был изобретен русским инженером Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году. Этот двигатель был с короткозамкнутым ротором.

Сегодняшние трёхфазные асинхронные двигатели преобразовывают электрическую энергию переменного тока в механическую. Область применения их довольно большая, поскольку они недорогие, простые в эксплуатации и очень надежные. Асинхронные двигатели занимают 90% от общего объема выпускаемых двигателей во всем мире. Данный электродвигатель изменил историю мировой промышленности.

Асинхронный двигатель представляет собой асинхронную машину, которая рассчитана на превращение электрической энергии в механическую энергию. Прилагательное «асинхронный» значит разновременный. Однако считается, что у двигателей такого рода частоты вращения ротора меньше, чем статора. Функционируют асинхронные двигатели от сети переменного тока.

Конструкция асинхронного двигателя.

На представленном выше рисунке изображено:

  • 1 – вал;
  • 2,6 – подшипники;
  • 3,8 – подшипниковые щиты;
  • 4 – лапы;
  • 5 – кожух вентилятора;
  • 7 – крыльчатка вентилятора;
  • 9 – короткозамкнутый ротор;
  • 10 – статор;
  • 11 – коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9). Ротор (9), а также статор (10) – самые главные части асинхронного двигателя.

Как правило, статор обладает цилиндрической формой, а укомплектовывается он из листов стали. Обмотки из обмоточного провода размещаются в пазах сердечника статора. Оси обмоток смещены на 120 градусов в пространстве касательно друг друга. Концы обмоток могут скрепляться звездой либо треугольником. Это зависит от подаваемого напряжения.

Существует две разновидности ротора асинхронного двигателя:

  • короткозамкнутый ротор – это сердечник, что собран из листов стали. Из-за заливки расплавленного алюминия в пазах такого сердечника появляются стержни, что накоротко запираются торцевыми кольцами. В двигателях с высокой мощностью алюминий могут заменить медью. Такое построение носит название «беличья клетка». Оно являет собой короткозамкнутую обмотку ротора (отсюда и название).
Читать еще:  Что с двигателем на рено симбол работает шумно

Фазный ротор обладает 3-х фазной обмоткой, что очень подобна обмотке статора. На практике концы обмоток скрепляются звездой, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. В цепь обмотки фазного ротора можно ввести добавочный резистор, ведь к кольцам подключены щетки. Такая возможность существует для того, чтобы можно было менять активное сопротивление в цепи ротора. Это в свою очередь оказывает снижение больших пусковых токов.

Принцип работы асинхронного двигателя.

Во время подачи напряжения к обмотке в любой из фаз создаётся магнитный поток. Он меняется параллельно частоте подаваемого напряжения. Данные магнитные потоки смещены на 120 градусов во времени и пространстве касательно друг друга. Вместе с тем, результирующий магнитный поток в действительности оказывается вращающимся.

В проводниках ротора результирующий магнитный поток статора при вращении создает ЭДС. В обмотке ротора есть замкнутая электрическая цепь, в которой возникает ток. Тем временем ток при взаимодействии с магнитным потоком статора образовывает пусковой момент двигателя, что стремится направить ротор в том направлении, в котором вращается магнитное поле статора. Когда он превысит значения тормозного момента ротора, ротор придет в действие. В этот момент возникает скольжение.

Скольжение являет собой величину, что показывает в процентном соотношении насколько n1 больше, чем n2.

  • s – скольжение;
  • n1- синхронная частота магнитного поля статора;
  • n2 – частота вращения ротора.

Скольжение – весьма значимая величина, которая на начальном этапе равна единице, но с возрастанием частоты вращения n2 ротора разность частот n 1 -n 2 уменьшается. В результате в проводниках ротора снижается ток и ЭДС. Следовательно, происходит уменьшение вращающего момента. В ситуации, когда двигатель работает на валу без нагрузки (режим холостого хода) показатель скольжения минимален. Однако с возрастанием статического момента, скольжение увеличивается до критического значения (sкр — критическое скольжение). При превышении данного значения может произойти «опрокидывание двигателя», которое в конечном итоге приведет к нестабильной работе асинхронного двигателя. Диапазон значения скольжения – 0-1, а в номинальном режиме для таких двигателей общего назначения оно становит — 1 — 8 %.

Величины прекратят меняться когда возникнет равновесие между электромагнитным моментом, что заставляет ротор вращаться, и тормозным моментом, что создается нагрузкой на валу двигателя.

Таким образом, принцип работы асинхронного двигателя основывается на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, что наводятся данным магнитным полем в роторе. Хотя вращающий момент возникает лишь в той ситуации, когда присутствует разность частот вращения магнитных полей.

Лекция «Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками»

07.04.2020г. Группа № 823. 5 пара. Лекция «Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками». Изучить материал, законспектировать, результат прислать мне на эл. почту.

Просмотр содержимого документа
«Лекция «Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками»»

§ 15.2. Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Пуск непосредственным включением в сеть (рис. 15.3). Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный не­достаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке ста­тора возникает большой пусковой ток, в 5—7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При небольшой инерционности ис­полнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значи­тельный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней замет­ное падение напряжения. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей

Рис. 15.3. Схема непосредственного включения в сеть (а) и графики изменения тока и момента при пуске (б) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

мощностью до 38—50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пуско­вого тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска короткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

Пуск при пониженном напряжении. В соответствии с (15.1) пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряже­нию U1, уменьшение которого вызывает соответствующее умень­шение пускового тока. Существует несколько способов пониже­ния подводимого к двигателю напряжения. Рассмотрим некоторые из них.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 15.4, а). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя (рис. 15.4, б). Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток больше фазного в раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в ( ) 2 = 3 раза.

Рис. 15.4. Схема включения (а) и графики изменения мо­мента и тока (фазного) при пуске (б) асинхронного двига­теля с короткозамкнутым ротором переключением обмот­ки статора со звезды на треугольник

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вра­щения, близкой к установившейся, переключатель быстро перево­дят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя ока­зываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока до значения I / пΔ является незначительным.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток — уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза, так как, согласно (13.19), пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропор­ционален квадрату напряжения U1. Такое значительное уменьше­ние пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Описанный способ понижения напряжения при пуске приме­ним лишь для двигателей, работающих при соединении обмотки статора треугольником. Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). Порядок включения двигателя в этом случае следующий (рис. 15.5, а). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 7. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения j хр (где хр — индуктивное сопротивление реактора, Ом). В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжение

После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным.

Недостаток это­го способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в U / 1/ U1ном

Рис. 15.5. Схемы реакторного (а) и автотранс­форматорного (б) способов пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

раз сопровождается уменьшением пускового момента Мп в (U / 1/ U1ном) 2 раз.

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор (рис. 15.5, б) вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U / 1 . При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в КА раз, где КА — ко­эффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К 2 А раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в КА раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет КАКА = К 2 А раз. Например, если кратность пускового тока асинхронного двигателя при непосредственном его включении в сеть составляет Iп/I1ном = 6 , а напряжение сети 380 В, то при автотрансформатор­ном пуске с понижением напряжения до 220 В кратность пусково­го тока в сети I / п/ I1ном = 6/ (380/220) 2 = 2 .

Читать еще:  Что такое давление масла в двигателе статья

После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением ру­бильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U1 = (0,50÷0,60)U1ном, на второй — U1 = (0,70÷0,80)U1ном и, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напря­жение U1ном.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряже­нии, автотрансформаторный способ пуска сопровождается умень­шением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьше­ния пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в пи­тающей сети уменьшается в U / 1/ U1ном раз, а при автотрансформа­торном — в (U / 1/ U1ном) 2 раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (пони­жающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) не­сколько ограничивают применение этого способа пуска асинхрон­ных двигателей.

§ 15.3. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками

Стремление улучшить пусковые свойства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором привело к созданию асинхронных двигателей с особой конструкцией ротора: двигателей с глубокими пазами на роторе и двигателей с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе.

Двигатель с глубокими пазами на роторе. От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые уложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам. Обычно глубокий паз имеет соотношение размеров hп/ bп = 9÷10, где hп, bп — высота и ширина паза.

В момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f2 = f1), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с большим числом магнитных силовых линий поля рассеяния (рис. 15.6, а). На рис. 15.6, б показан график распределения плотности пускового тока в стержне ротора с глубокими пазами по высоте стержня. Из этого графика следует, что почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению активного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограни­чению пускового тока (см. § 15.2).

Таким образом, двигатель с глубокими пазами на роторе об­ладает благоприятным соотношением пусковых параметров: большим пусковым моментом при сравнительно небольшом пус­ковом токе. По мере нарастания частоты вращения ротора частота тока в роторе убывает (f2 = sf1). В связи с этим уменьшается индук­тивное сопротивление обмотки ротора x2f2. Распределение плотности тока по высоте стержня в том случае становится более равномерным, что ведет к уменьшению активного сопротивления ротора. При работе двигателя с номинальной частотой вращения, когда f2 f1, процесс «вытеснения» тока практически прекраща­ется и двигатель работает, как обычный короткозамкнутый.

Эффект вытеснения тока хорошо проявляется при пазах рото­ра бутылочной формы (рис. 15.7). В этом случае «вытесне­ние» тока происходит в верхнюю часть паза, имеющую меньшее сечение, а следовательно, большее активное со­противление. Применение пазов бутылочной формы позволяет сократить высоту пазов ротора, а следовательно, уменьшить диаметр ротора по сравнению с глубокопазным ротором.

Двигатель с двумя клетками на роторе. Еще лучшими пусковыми свойствами обладают асинхронные двигатели с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе (рис. 15.8, а): рабочей клеткой 1, стержни которой расположены в ниж­нем слое, и пусковой клеткой 2, стержни которой расположены в верхнем слое, ближе к воздушному зазору.

Рис 15.6 Ротор с глубокими пазами:

а — устройство, б — распределение плотности тока ротора

по высоте стержня при пуске и при работе двигателя

Рис 15.7. Буты­лочная форма стержней рото­ра

Стержни пусковой клетки обычно выполняют из латуни или бронзы — материалов, обладающих более высоким, чем у ме­ди, активным сопротивлением. Индуктивное сопротивление рас­сеяния пусковой клетки невелико, так как ее стержни расположе­ны вблизи воздушного зазора и к тому же с двух сторон имеют воздушные щели (рис. 15.8, б). Стержни рабочей клетки выполня­ют из меди, и по сравнению со стержнями пусковой клетки они имеют большее сечение. Это обеспечивает рабочей клетке малое активное сопротивление. Но зато индуктивное сопротивление ра­бочей клетки больше, чем у пусковой, особенно в начальный период пуска, когда частота тока в роторе сравнительно велика (f2f1).

В момент пуска двигателя ток ротора проходит в основном по верхней (пусковой) клетке, обладающей малым индуктивным со­противлением. При этом плотность тока в стержнях пусковой клетки намного больше плотности тока в стержнях рабочей клетки (рис. 15.8, б). Повышенное активное сопротивление этой клетки обеспечивает двигателю

значитель­ный: пусковой момент при пони­женном пусковом токе. По мере увеличения частоты вращения ро­тора уменьшается частота тока в роторе, при этом индуктивное

Рис. 15.8 Двухклеточный ротор:

а — устройство; б — распределение плотности тока в рабочей и пусковой клет­ках при пуске и работе двигателя

со­противление рабочей клетки уменьшается, и распределение плотности тока в стержнях пусковой и рабо­чей клеток становится почти оди­наковым. В итоге происходит пере­распределение вращающего момента между клетками: если в начальный период пуска момент создается главным образом токами пусковой клетки, то по окончании периода пуска вращающий момент создается в основном токами рабочей клетки. Так как активные сопротивления клеток ротора неодинаковы, то зависимость M = f(s) этих клеток изображается разными кривыми (рис. 15.9). Максимальное значение момента пусковой клетки вследствие ее повышенного активного сопротивления смещено в сторону скольжений, близких к единице. Вращающие моменты от обеих клеток направлены в одну сторону, поэтому результирующий момент двигателя равен сумме моментов пусковой Мпк и рабочей Мраб.к клеток М = Мп.к + Мраб.к

Рис. 15.9. Механическая характеристика двухклеточного

Двигатели с двумя клетками на роторе по сравнению с асин­хронными двигателями обычной конструкции имеют повышенную стоимость, что объясняется сложностью конструкции.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector