Avtoargon.ru

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

Работа асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя

Рис. 10-19. Работа асинхронного двигателя при cos Ψ2 = 1.

Взаимодействие тока I2 и потока Ф создает электромагнитные силы F, приводящие ротор во вращение, вслед за вращающимся потоком. Таким образом, асинхронный двигатель представляет собой трансформатор с вращающейся, вторичной обмоткой и способный поэтому превращать электрическую мощность Е2I2 cos Ψ2 в механическую.

Ротор всегда отстает от вращающегося магнитного потока, так как только в этом случае может возникать э, д. с. E2, а следовательно, ток I2 и силы F. Чтобы изменить направление вращения ротора, следует изменить направление вращения потока. Для этого меняют местами два любых провода, подводящих ток от сети к статору. В этом случае меняется порядок следования фаз ABC на АСВ или ВАС и поток вращается в обратную сторону.

СКОЛЬЖЕНИЕ РОТОРА

Ротор асинхронного двигателя всегда должен отставать от вращающегося магнитного потока. Скорость вращения потока принято означать п1, она постоянна, так как р = const и f1 = const. Скорость вращения ротора можно обозначить п2. Величина называется скольжение м.

Теоретически скольжение меняется от 1 до 0 или от 100% до 0, так как при неподвижном роторе в первый момент пуска п2 = 0, а если вообразить, что ротор вращается синхронно с потоком, п2 = п1. Чем больше нагрузка на валу, тем больший тормозной момент должен уравновеситься большим вращающим моментом. Последнее возможно только при увеличении I2, а значит, и Е2. Как будет показано ниже, Е2увеличивается при уменьшении n2, т. е. при увеличении s. Таким образом, при увеличении нагрузки на валу скорость ротора п2 уменьшается. Скольжение при номинальной нагрузке Sн у асинхронных двигателей равно от 1 до 6%; меньшая цифра относится к мощным двигателями

ЧАСТОТА Э. Д. С. И ТОКА В ОБМОТКЕ РОТОРА

Магнитный поток вращается со скоростью п1, ротор — со скоростью п2. Частота э. д. с. и тока в роторе, очевидно, пропорциональна скорости вращения потока относительно ротора, т. е. величине п1п2 . Тогда

f2 = (p( п1 ))/60 = pn1s/60 = f1s

При неподвижном роторе f2 = f1 • 1 = f1 если ротор вращается синхронно, то f2 = f1 • 0 = 0. При номинальной скорости вращения, т. е. при sH ≈ 2—4%, частота f2 очень мала: f2 = f1s = 50 • 0,02÷50 • 0,04, т. е. 1—2 гц.

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ОБМОТОК СТАТОРА И РОТОРА

Если ротор неподвижен, то в обмотках статора и ротора, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора, наводятся э. д. с:

Отличие только в том, что коэффициентами Ʀ1 и Ʀ2 приходится учитывать особенности обмоток, распределенных по цилиндрической поверхности статора и ротора. При вращении ротора его э. д. с. все время меняется, так как f2 = f1s. Тогда э. д. с. вращающегося ротора

Эту э. д. с. принято выражать через э. д. с. неподвижного ротора

Следовательно, э. д. с. ротора сильно меняется в процессе работы двигателя. При s = 1, E2s = Е2, а при s = 0, E 2 s = 0.

СОПРОТИВЛЕНИЯ В ОБМОТКЕ РОТОРА

Как и в трансформаторе, часть потока статора замыкается по путям рассеяния, т. е. вокруг проводов статора, не заходя в ротор (рис. 10-19). Известно, что эти потоки обусловливают реактивное (индуктивное) сопротивление обмотки x1. Такие же потоки рассеяния существуют и вокруг проводов обмотки ротора, когда в ней протекает ток. Ими обусловлено реактивное сопротивление ротора x2.

При неподвижном роторе

При вращающемся роторе

Отсюда следует, что реактивное сопротивление ротора непрерывно и сильно меняется при изменении режима работы двигателя от величины x2s = х2 • 1 = х2 при неподвижном роторе до величины x2s = х2 • 0 = 0, если бы ротор вращался синхронно.

В двигателях нормального исполнения изменением активного сопротивления ротора при изменении частоты от 50 гц до 0 можно пренебречь и считать r2 = const.

Читать еще:  Волга 3102 какой двигатель можно поставить

ТОК В ОБМОТКЕ РОТОРА

Из сказанного выше об изменении э. д. с. и реактивного сопротивления обмотки ротора можно заключить, что ток в роторе I2 = E2s/√(r 2 2 + x 2 2s)

тоже меняется при изменении скорости вращения. Пусковой ток I2п должен быть велик и отставать от э. д. с. на большой угол Ψ2, так как Е2 велика, а реактивное сопротивление обмотки х2 обычно в 8—10 раз больше активного r2. При вращении ротора уменьшаются E2s и x2s. Вследствие этого уменьшаются ток I2и угол Ψ 2. Указанное обстоятельство очень важно, так как в этом существенная разница между трансформатором и асинхронным двигателем.

Статья на тему Работа асинхронного двигателя

4.2. Электромеханические свойства асинхронных двигателей

4.2.1. Принцип работы асинхронного двигателя

Наиболее распространенными электрическими двигателями в промышленности, сельском хозяйстве и во всех других сферах применения являются асинхронные двигатели. Можно сказать, что они являются основным средством преобразования электрической энергии в механическую.

Асинхронный двигатель является трехфазной (может быть двух или многофазной) индукционной электрической машиной переменного тока. На статоре двигателя располагаются три распределенные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120 0 , если число пар полюсов машины , как это показано на рис. 4.2а. Если число пар полюсов (рП), образуемых обмотками, более одного, то соответственно увеличивается число секций обмотки, и они будут сдвинуты геометрически друг относительно друга уже не на 120 0 , а на.

азные статорные обмотки асинхронного двигателя соединяют в звезду (рис.4.2б) или в треугольник (рис.4.2в). Обычно асинхронные двигатели малой и средней мощности сконструиро-ваны на номинальное напряжение 380/220В. При этом, если напря-жение питания 380В, то обмотки соединяют в звезду (Y), если напряжение питания 220В, то об-мотки соединяют в треугольник (Δ). В обоих случаях напряжение, прикладываемое к фазной обмот-ке статора двигателя, равно 220В.

Рис.4.2. Схемы включения обмоток асинхронного двигателя

абота асинхронного двигателя основана на формировании силового электромагнитного поля статора. Благодаря простран-ственному сдвигу обмоток наградусов и временному сдвигу трех фаз напряжения, прикладываемого к обмоткам, (фазы напряженийUA, UB, и UС сдвинуты на 120 электрических градусов — радиан), резуль-тирующий вектор магнитодви-жущих сил, создаваемых током в обмотках двигателя, равномерно перемещается по окружности расточки статора со скоростью

, (4.3)

где: f1 – частота синусоидального тока в обмотках статора;

рП – число пар полюсов машины.

Рис.4.3. Принцип образования вращающегося электромагнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля в обмотках статора можно уяснить из рассмотрения рис.4.3. На рис.4.3а представлена эпюра системы трехфазных токов протекающих по обмоткам статора (мгновенные значения токов в обмотках фаз а, в и с в зависимости от времени ). Рассмотрим положение в пространстве результирующего вектора м.д.с. статора в момент времениt1.

.

Вектор м.д.с. обмотки а направлен по оси «а» в положительном направлении и равен 0,5Iа.макс; вектор м.д.с. обмотки с направлен по оси «с» в положительном направлении и равен 0,5Iс.макс. Сумма векторов направлена по оси «в» в отрицательном направлении; с этой суммой складывается вектор м.д.с. обмотки «в», равныйIв.макс. Сумма этих векторов образует пространственный вектор , равный по модулю величине 3/2·Iмакс и занимающий пространственное положение, как показано на рис.4.3б.

По прошествии времени (при частоте 50Гц черезс.) наступит момент времениt2, при котором вектор м.д.с. обмотки «а» имеет максимальное положительное значение, а векторы м.д.с. обмоток «в» и «с» – половинное отрицательное значение. Результирующий вектор м.д.с.займет в этот момент положение, показанное на рис.4.3б, т.е. переместится по отношению к предыдущему положениюна пространственный угол 60 0 по часовой стрелке. Нетрудно убедиться, что в момент времени t3 результирующий вектор м.д.с. обмоток статора займет положение, т.е. будет продолжать перемещаться в пространстве по часовой стрелке. За время периода питающего напряжения результирующий вектор м.д.с.совершит полный оборот по часовой стрелке.

Читать еще:  Давление в системе охлаждения двигателя при запуске

Предоставляем читателю самому убедиться, что при изменении порядка чередования фаз напряжения, подводимого к обмоткам двигателя (если, например, поменяем местами фазы В и С на рис.4.2б,в), то результирующий вектор потокосцепления будет вращаться против часовой стрелки, т.е. изменится направление вращения магнитного поля, образуемого токами в обмотках статора.

Если число пар полюсов двигателя больше единицы, то увеличивается число секций обмоток, располагаемых по окружности статора. Так, если число пар полюсов рП=2, то все три фазные обмотки расположены на одной половине окружности статора, соответственно и на второй его половине. В этом случае за время одного периода питающего напряжения вектор м.д.с. статора пройдет половину окружности, т.е. повернется на 180 геометрических градусов, и скорость вращения магнитного поля статора будет вдвое меньше, чем у машин срП=1. Следовательно, скорость вращения магнитного поля статора (ее также называют синхронной скоростью) обратно пропорциональна числу пар полюсов машины и будет в соответствии с (4.3).

В зависимости от конструкции ротора асинхронного двигателя различают асинхронные двигатели с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. В двигателях с фазным ротором на роторе располагается трехфазная распределенная обмотка, соединенная обычно в звезду, концы обмоток соединены с контактными кольцами, через которые электрические цепи ротора выводятся из машины для подключения к пусковым сопротивлениям с последующим закорачиванием обмоток. В короткозамкнутых двигателях обмотка выполнена в виде беличьей клетки – стержней, замкнутых накоротко с двух сторон кольцами. Несмотря на специфическое конструктивное устройство, беличью клетку также можно рассматривать как трехфазную обмотку, замкнутую накоротко.

Число пар полюсов

Угловая скорость электромагнитного поля статора, 1/с

Синхронная скорость асинхронного двигателя, об/мин

Примерная ном. скорость двигателя, об/мин

При

Частота вращения: формула

При проектировании оборудования необходимо знать число оборотов электродвигателя. Для расчёта частоты вращения есть специальные формулы, различные для двигателей переменного и постоянного напряжения.

Синхронные и асинхронные электромашины

Двигатели переменного напряжения есть трёх типов: синхронные, угловая скорость ротора которых совпадает с угловой частотой магнитного поля статора; асинхронные – в них вращение ротора отстаёт от вращения поля; коллекторные, конструкция и принцип действия которых аналогичны двигателям постоянного напряжения.

Синхронная скорость

Скорость вращения электромашины переменного тока зависит от угловой частоты магнитного поля статора. Эта скорость называется синхронной. В синхронных двигателях вал вращается с той же быстротой, что является преимуществом этих электромашин.

Для этого в роторе машин большой мощности есть обмотка, на которую подаётся постоянное напряжение, создающее магнитное поле. В устройствах малой мощности в ротор вставлены постоянные магниты, или есть явно выраженные полюса.

Скольжение

В асинхронных машинах число оборотов вала меньше синхронной угловой частоты. Эта разница называется скольжение «S». Благодаря скольжению в роторе наводится электрический ток, и вал вращается. Чем больше S, тем выше вращающий момент и меньше скорость. Однако при превышении скольжения выше определённой величины электродвигатель останавливается, начинает перегреваться и может выйти из строя. Частота вращения таких устройств рассчитывается по формуле на рисунке ниже, где:

  • n – число оборотов в минуту,
  • f – частота сети,
  • p – число пар полюсов,
  • s – скольжение.

Формула расчёта скорости асинхронного двигателя

Такие устройства есть двух типов:

  • С короткозамкнутым ротором. Обмотка в нём отливается из алюминия в процессе изготовления;
  • С фазным ротором. Обмотки выполнены из провода и подключаются к дополнительным сопротивлениям.

Регулировка частоты вращения

В процессе работы появляется необходимость регулировки числа оборотов электрических машин. Она осуществляется тремя способами:

  • Увеличение добавочного сопротивления в цепи ротора электродвигателей с фазным ротором. При необходимости сильно понизить обороты допускается подключение не трёх, а двух сопротивлений;
  • Подключение дополнительных сопротивлений в цепи статора. Применяется для запуска электрических машин большой мощности и для регулировки скорости маленьких электродвигателей. Например, число оборотов настольного вентилятора можно уменьшить, включив последовательно с ним лампу накаливания или конденсатор. Такой же результат даёт уменьшение питающего напряжения;
  • Изменение частоты сети. Подходит для синхронных и асинхронных двигателей.
Читать еще:  4m40 двигатель на какие машины ставились

Внимание! Скорость вращения коллекторных электродвигателей, работающих от сети переменного тока, не зависит от частоты сети.

Двигатели постоянного тока

Кроме машин переменного напряжения есть электродвигатели, подключающиеся к сети постоянного тока. Число оборотов таких устройств рассчитывается по совершенно другим формулам.

Номинальная скорость вращения

Число оборотов аппарата постоянного тока рассчитывается по формуле на рисунке ниже, где:

  • n – число оборотов в минуту,
  • U – напряжение сети,
  • Rя и Iя – сопротивление и ток якоря,
  • Ce – константа двигателя (зависит от типа электромашины),
  • Ф – магнитное поле статора.

Эти данные соответствуют номинальным значениям параметров электромашины, напряжению на обмотке возбуждения и якоре или вращательному моменту на валу двигателя. Их изменение позволяет регулировать частоту вращения. Определить магнитный поток в реальном двигателе очень сложно, поэтому для расчетов пользуются силой тока, протекающего через обмотку возбуждения или напряжения на якоре.

Формула расчёта числа оборотов двигателя постоянного тока

Число оборотов коллекторных электродвигателей переменного тока можно найти по той же формуле.

Регулировка скорости

Регулировка скорости электродвигателя, работающего от сети постоянного тока, возможна в широких пределах. Она возможна в двух диапазонах:

  1. Вверх от номинальной. Для этого уменьшается магнитный поток при помощи добавочных сопротивлений или регулятора напряжения;
  2. Вниз от номинальной. Для этого необходимо уменьшить напряжение на якоре электромотора или включить последовательно с ним сопротивление. Кроме снижения числа оборотов это делается при запуске электродвигателя.

Знание того, по каким формулам вычисляется скорость вращения электродвигателя, необходимо при проектировании и наладке оборудования.

Видео

Синхронные скорости вращения асинхронных электродвигателей в зависимости от частоты (10-100 Гц) и числа полюсов (2-12), Таблица и формула для расчета.

Синхронные скорости вращения асинхронных электродвигателей в зависимости от частоты (10-100 Гц) и числа полюсов (2-12), Таблица и формула для расчета.

Синхронная скорость вращения обычных асинхронных двигателей выражается как:

  • n = 60*f *2 / p(1)
  • где
  • n= скорость вращения штока (об/мин, rpm)
  • f= частота (ГЦ=Hz; оборотов/с; 1/с)
  • p=число полюсов, . если формула дается в виде n = (60*f ) / p, то под p понимается число пар полюсов, а не число полюсов.

Пример — синхронная скорость четырехполюсного электродвигателя:

Если двигатель запитан напряжением 60Гц , синхронная скорость считается так:

n = (60*60) (2 / 4) = 1800 об/мин

Таблица синхронной скорости вращения асинхронных электродвигателей в зависимости от частоты и числа полюсов:

Таблица синхронной скорости вращения асинхронных электродвигателей в зависимости от частоты и числа полюсов:

Скорость вращения электромотора, электродвигателя: об/мин
Частота
— f —
(Гц=Hz)
Число полюсов — p —
24681012
10600300200150120100
201200600400300240200
301800900600450360300
4024001200800600480400
50 1)300015001000750600500
60 2)360018001200900720600
704200210014001050840700
804800240016001200960800
9054002700180013501080900
100600030002000150012001000

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector