§ 9.12. Асинхронные двигатели специального назначения. Асинхронные машины специального назначения реферат

Режим работы асинхронной машины

Электротехника Режим работы асинхронной машины

просмотров - 731

Режим работы и устройство асинхронной машины

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателœей

Асинхронные машины специального назначения

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателœей

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателœей

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Магнитная цепь асинхронной машины

Режимы работы и устройство асинхронной машины

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Раздел

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. При этом преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателœей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателœей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделœе уделœено изучению трехфазных асинхронных дви­гателœей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линœейные, испол­нительные и др.

ГЛАВА 10

В соответствии с принципом обратимости элек­трических машин (см. § В.2) асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генератор­ном режимах. Вместе с тем, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим.Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n2 < n1 в сторону вра­щения поля статора. В случае если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъ­емного крана и т. п.), то вращающий момент двига­теля М, преодолев противодействующий (нагрузоч­ный) момент Мнагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р1, поступающая в двига­тель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность Р1 и передается исполни­тельному механизму ИМ (рис. 10.1, б).

Весьма важным параметром асинхронной ма­шины является скольжение — величина, характери­зующая разность частот вращения ротора и вра­щающегося поля статора:

S = (n1 – n2)/ n1(10.1)

Скольжение выражают в долях единицы либо в процентах. В последнем случае величину, получен­ную по (10.1), следует умножить на 100.

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2 умень­шается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зави­сит от механической нагрузки на валу двигателя и может изме­няться в диапазоне 0 < s≤1.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инœерции неподвижен (n2= 0). При этом скольжение sравно единице.

Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1и скольжение весьма мало отличается от нуля (s ≈ 0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжениемshom.Для асинхронных дви­гателœей общего назначенияshom= 1 8%, при этом для двигателœей большой мощности sном = 1%, а для двигателœей малой мощности sном=8%.

Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для опре­делœения асинхронной частоты вращения (об/мин):

n2 = n1(1-s). (10.2)

Пример 10.1.Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 работает от сети с частотой тока f1 = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.

Решение. Синхронная частота вращения по (6.3)

n1 = f1 60/ р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.

Номинальная частота вращения по (10.2)

nном = n1(1 - sном ) = 1500(1 - 0,06) = 1412 об/мин.

Генераторный режим.В случае если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1 (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р2. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне - ∞ < s < 0, т. е. оно может прини­мать любые отрицательные значения.

Режим торможения противовключением.В случае если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инœерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины принято называть электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.

В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора является отрицательной, а в связи с этим скольжение приобрета­ет положительные значения больше единицы:

s = [n1 - (- n2)] / n1 = (n1 + n2) /n1 > 1. (10.3)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < s<+ ∞ , т. е. оно может принимать любые положительные значения больше единицы.

Обобщая изложенное о режимах работы асинхронной маши­ны, можно сделать вывод: характерной особенностью работы асинхронной машины является неравенство частот вращения маг­нитного поля статора n1и ротора n2, т. е. наличие скольжения, так как только в этом случае вращающееся магнитное поле наводит в обмотке ротора ЭДС и на роторе возникает электромагнитный момент. При этом каждому режиму работы асинхронной машины соответствует определœенный диапазон изменений скольжения, а следовательно, и частоты вращения ротора.

Из рассмотренных режимов работы наибольшее практическое применение получил двигательный режим асинхронной машины, т. е. чаще используют асинхронные двигатели, которые составля­ют основу современного электропривода, выгодно отличаясь от других электродвигателœей простотой конструкции и высокой на­дежностью. По этой причине теорию асинхронных машин принято изла­гать применительно к асинхронным двигателям.

Читайте также

oplib.ru

§ 9.12. Асинхронные двигатели специального назначения

С целью улучшения пусковых свойств короткозамкнутые роторы асинхронных двигателей иногда выполняются с двойной беличьей клеткой или глубоким пазом.

Ротор с двойной беличьей клеткой имеет две самостоятельные короткозамкнутые обмотки (беличьи клетки): внешнюю 1 — пусковую — с большим активным и малым индуктивным сопротивле­ниями и внутреннюю 2 — рабочую — с малым активным и большим индуктивным сопротивлениями (рис. 9.20, а). Индуктивное сопро­тивление рабочей обмотки особенно велико при пуске, когда час­тота тока в роторе близка к частоте сети.

Первая обмотка является пусковой, вторая — рабочей. В начале пуска, когда величина скольжения близка к единице, частота тока в роторе близка к частоте сети. Поэтому и индуктивное сопротив­ление рабочей обмотки будет особенно велико при малом активном сопротивлении. Ток в рабочей обмотке будет сдвинут по фазе отно­сительно наведенной в этой обмотке э. д. с. на угол, близкий к 90°, и поэтому создавать вращающего момента не будет.

В то же время в пусковой обмотке при ее малом индуктивном и большом активном сопротивлениях ток практически будет совпадать по фазе с наведенной в обмотке э. д. с. и создаст большой вращающий момент М (рис. 9.20, б). По мере увеличения скорости ротора час­тота тока в роторе уменьшается и индуктивные сопротивления обеих

Рис.9.20. ротор с двойной беличьей клеткой.

обмоток также будут уменьшаться. При номинальной скорости вращения ротора индуктивные сопротивления обмоток будут очень малы, и ток практически распределяется в обмотках

обратно про­порционально их активным соп­ротивлениям, т. е. почти весь ток будет проходить по рабочей об­мотке,

Рис.9.21. ротор с глубоким пазом

создающей момент М. На валу машины будет создаваться суммарный момент М. Недостатки двухклеточного двигателя заклю­чаются в несколько пониженном его вследствие повышенной индуктивности ротора.

Ротор с глубоким пазом (рис. 9.21) имеет обмотку, состоящую из высоких узких стержней. При пуске двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшую величину, возникает явление вытеснения тока.

Магнитные силовые линии потока рассеяния ФS, стремясь зам­кнуться по наиболее короткому пути, создают в пазу неравномер­ное распределение магнитного потока. В нижней части паза плот­ность магнитного потока рассеяния значительно больше, чем в верхней его части.

Наводимая этим магнитным потоком э.д.с.ES будет в нижних частях проводника больше, а в верхних меньше. В то же время основной магнитный поток Ф сцеплен с полным сечением проводника и наводит в нем одинаковую по всему сечению э. д. с. е. Так как величина тока в данном случае будет зависеть от разности ос­новной э. д. с. и э. д. с. рассеяния: то плотность тока в нижней части проводника будет меньше, чем в его верхней части, т. е. ток как бы вытесняется кверху. Вследствие этого уменьшается полезное сечение проводника и увеличивается его активное сопро­тивление, а, кроме того, в нижней части проводника уменьшается поток рассеяния и индуктивное сопротивление проводника. Отсюда, пусковой ток двигателя с глубоким пазом меньше, чем у обычного асинхронного двигателя, а пусковой момент больше.

По мере увеличения скорости вращения ротора распределение тока становится более равномерным, и активное сопротивление обмотки уменьшается. При номинальной скорости вращения час­тота тока в роторе мала, и двигатель практически работает как обычный асинхронный двигатель.

Таким образом, у асинхронного двигателя с глубоким пазом пусковые характеристики лучше, чем у двигателя нормального исполнения, однако коэффициент мощности cosφ и перегрузочная способность этого двигателя хуже. Это объясняется относительно большим индуктивным сопротивлением его ротора.

В табл. 9.3 даются пусковые характеристики асинхронных двигателей с двойной клеткой и глубоким пазом.

studfiles.net

3.13 Специальные асинхронные машины.

Применение асинхронной машины непрерывно расширяется и в связи с этим появляется конструктивные видоизменения.

Одной из ветвей конструктивного видоизменения являются машины с двумя роторами. Внутренний ротор обычный с коротко замыкаемой обмоткой, а второй ротор выполнен в виде полого цилиндра. Статор традиционной конструкции. Первый ротор может использоваться для вращения вентилятора, который обеспечивает отвод тепла, а двигатель с полным ротором используется, как исполнительный двигатель.

Во всех машинах, которые рассматривались до сих пор, вращалась только одна часть машина - ротор. Однако можно сделать машину у которой будет вращаться и ротор, и статор. Неподвижная часть асинхронной машины принято называть статором, по этому лучше говорить о машине с двумя роторами (Рис. 3.41).

Рисунок 3.41 Асинхронная машина с двумя роторами

В двухмерной машине, или в машине с двумя роторами внутренний 1 и внешний 2 роторы вращаются в противоположных направлениях. На валу имеется двойной комплект контактных колец 3, через которой обеспечиваются связь с обмотками. Эти машины имеет две степени свободы.

Магнитогидродинамические (МГД) двигатели – насосы состоят из двух неподвижных статоров – одного с обмоткой и второго без обмотки. Между сердечниками имеются тепловые экраны, предохраняют сердечники и обмотки то попадания жидкости и снижения гидравлических сопротивлений. Вращение магнитное поле наводит в жидкости – роторе машине, токи, и электромагнитные силы увлекают жидкость. Чтобы получить осевое перемещение жидкости один из статоров или оба имеют винтовую нарезку. Жидкость – это метал, например, ртуть.

Индуктивные насосы находят применения в атомных реакторах для отбора тепла из радиоактивного контура. В качестве теплоносителя используются жидкие металлы и сплавы – натрий, калий и их соединения. Находят применения установки для перемешивания жидких металлов в металлургической промышленности и в литейном производстве.

Как и все электрические машины, МГД – машины обратимы. Прогоняя жидкость в магнитном поле, можно создать МГД – генераторы. В индуктивных насосах, чтобы получить генераторный режим работы, достаточно прогнать жидкость со скоростью, большей скорости движения магнитного поля.

Линейные асинхронные двигатели (ЛАД). Отличаются от обычных асинхронных двигателей тем, что они имеют разомкнутый магнитопровод, и круговое поле в воздушном зазоре таких машин ни при каких условиях не может быть получено.

Конструкции ЛАД весьма разнообразны. ЛАД находят применение для получения возвратно – поступательного движения, для привода различных транспортных устройств, поездов, разгонных устройств, устройств для эффективного торможения.

ЛАД используются в качестве насоса, когда ротором является жидкостью. Они применяются, практически только в двигательном режиме.

Мы рассмотрели только основные конструкции специальных асинхронных машин, которые далеко не исчерпывают всего многообразия специальных асинхронных машин.

Вопросы для самопроверки по главе

1. Условие получения при неподвижных обмотках статора вращающегося электромагнитного поля.

2. От чего зависит скорость вращения электромагнитного поля статора асинхронной машины?

3. Чем отличается режим двигателя от режима ротора?

4. По какой схеме соединены обмотки ротора асинхронной машины с фазным ротором?

5. Отличие короткозамкнутого ротора от ротора с фазной обмоткой.

6. Докажите, что МДС статора и вращающегося ротора неподвижны по отношению друг к другу.

7. Что характеризует безразмерный параметр «S - скольжение»?

8. Значение «S» в двигательном режиме.

9. Значение «S» в генераторном режиме.

10. Условие работы асинхронной машины генератором.

11. Определение механической характеристики.

12. Упрощенная формула Клосса.

13. Изобразите «Г» образную схему замещения асинхронной машины и определите значение каждого элемента схемы.

14. Как определяется значение критического скольжения?

15. Изобразите механическую характеристику асинхронного двигателя.

16. Как определяется значение минимального скольжения?

17. Достоинство волновой обмотки относительно петлевой в асинхронной машине.

18. Способы улучшения пусковых свойств асинхронного двигателя.

19. Методы уменьшения пусковых токов в асинхронном двигателе.

20. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления ротора.

21. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления в цепи статора.

22. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением напряжения источника питания.

23. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

24. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты и напряжения источники питания.

25. Особенность однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой.

26. Особенность однофазного асинхронного двигателя с пусковой емкостью.

27. Изобразите схему включения трехфазного асинхронного двигателя для работы от однофазной сети.

28. Конструктивные схемы линейного асинхронного двигателя.

29. Почему двигатель с глубокими пазами имеет улучшенные пусковые характеристики?

30. Для какой цели применяют включение активных сопротивлений в цепь ротора двигателя?

31. Назовите преимущества и недостатки асинхронного двигателя.

Приложения

Таблица 1

Международная система единиц физических величин

Продолжение таблицы 1

Продолжение таблицы 1

Таблица 2

Основные соотношения электротехники

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

Литература.

1. Muller, G.: Elektrische Maschinen Theorie, Berlin: VEB Velag Technik 1966.

2. Вольдек А.Н. Электрические машины. М.; Л: Энергия, 1966.

3. Важнов А.Н. Электрические машины Л.: Энергия, 1969

4. Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1975г. -504 с.

5. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980г. 496с.

6. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств – М.: Высшая школа, 1988г., 479с.

7. Справочник по электрическим машинам / под редакцией И.П. Копылова, Б.К. Клохова, М.: Энергоатомиздат, 1989г.

8. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. Энергоатомиздат М., 1989г. -400с.

9. Брускин Д.Э. Зарохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. – М.: Высшая школа, 1990г.

10. Токарев Б.Ф. Электрические машины. –М.: Энергоатомиздат, 1990г. 624с.

11. Иванов – Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов /А.В. Иванов – Смоленский. – М.: Издательство МЭИ, 2004г. -928с.

12. Вакурин В.Н. Электрические машины: учебное пособие / В.Н. Вакурин – М.: Энергия, 2006г.- 380с.

13. Епифанов А.П. Электрические машины: учебник СПб: Издательство «Лань», 2006. -272с.: пл-(учебник для вузов. Специальная литература)

14. Копылов И.П. Электрические машины. –М.: Логос, 2007г. -607с.

Оглавление

Предисловие 3

Введение 4

1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ 7

   1. Закон электромагнитной индукции 7

   2. Закон электромагнитного взаимодействия 8

   3. Законы электромеханики 10

   4. Сердечники магнитопроводов электрических машин 11

   5. Обмотки электрических машин 11

   6. Потери энергии и коэффициент полезного взаимодействия 15

   7. Нагревание и охлаждение электрических машин 16

Вопросы для самопроверки по главе 21

2. ТРАНСФОРМАТОРЫ 22

2.1 Назначение и общие сведения о трансформаторах 22

2. Основы теории однофазного трансформатора. Режим холостого хода 24

3. Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода 27

2.4 Управления, схема замещения однофазного трансформатора. (Рабочий режим) 28

5. Изображение векторной диаграммы приведенного трансформатора 32

6. Опытное определение параметров схемы замещения. Опыты холостого хода и короткого замыкания 35

7. Вторичное напряжение трансформатора. Внешняя характеристика 37

8. Мощность потерь и КПД трансформатора 39

9. Магнитные системы трехфазных трансформаторов 40

10. Схемы и группы соединений трехфазных трансформаторов 42

11. Параллельная работа трансформаторов 48

12. Автотрансформаторы 52

13. Специальные трансформаторы 54

    1. Трансформаторы частоты 54

    2. Трансформатор числа фаз 55

    3. Трансформаторы для электрических печей 56

    4. Сварочные трансформаторы 56

    5. Трансформаторы для выпрямительных установок 57

    6. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частот. Реакторы 58

    7. Измерительные трансформаторы 60

    8. Трансформаторы тока 60

    9. Трансформаторы напряжения 61

Вопросы для самопроверки по главе 62

2. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ 64

1. Области применения. Конструкция асинхронных машин 64

2. Обмотки асинхронных машин 66

3. Энергетические диаграммы асинхронных машин 72

4. Схема замещения трехфазной асинхронной машины 75

5. Опытное определение параметров схемы замещения асинхронной машины 78

6. Электромагнитный момент асинхронной машины 81

7. Механические характеристики электрических машин и производственных механизмов 84

8. Совместная механическая характеристика электрического двигателя и производственного механизма 88

9. Пуск асинхронных двигателей 91

10. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей 94

11. Однофазные двигатели 101

12. Асинхронные машины автоматических устройств 106

13. Специальные асинхронные машины 109

Вопросы для самопроверки по главе 111

Приложения 113

Литература 121

134

studfiles.net

3 Раздел асинхронные машины

Режимы работы и устройство асинхронной машины

Магнитная цепь асинхронной машины

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателей

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Асинхронные машины специального назначения

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателей

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. Однако преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных дви­гателей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линейные, испол­нительные и др.

Глава 10

• Режим работы и устройство асинхронной машины

§ 10.1. Режим работы асинхронной машины

В соответствии с принципом обратимости элек­трических машин (см. § В.2) асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генератор­ном режимах. Кроме того, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n2 < n1 в сторону вра­щения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъ­емного крана и т. п.), то вращающий момент двига­теля М, преодолев противодействующий (нагрузоч­ный) момент Мнагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р1, поступающая в двига­тель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность Р1 и передается исполни­тельному механизму ИМ (рис. 10.1, б).

Весьма важным параметром асинхронной ма­шины является скольжение — величина, характери­зующая разность частот вращения ротора и вра­щающегося поля статора:

S = (n1 – n2)/ n1 (10.1)

Скольжение выражают в долях единицы либо в процентах. В последнем случае величину, получен­ную по (10.1), следует умножить на 100.

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2умень­шается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зави­сит от механической нагрузки на валу двигателя и может изме­няться в диапазоне 0 <s ≤ 1.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n2= 0). При этом скольжение s равно единице.

Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s ≈ 0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением shom. Для асинхронных дви­гателей общего назначения shom = 18%, при этом для двигателей большой мощностиsном = 1%, а для двигателей малой мощности sном = 8%.

Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для опре­деления асинхронной частоты вращения (об/мин):

n2 = n1(1-s). (10.2)

Пример 10.1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 работает от сети с частотой тока f1 = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.

Решение. Синхронная частота вращения по (6.3)

n1 = f1 60/ р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.

Номинальная частота вращения по (10.2)

nном = n1(1 - sном ) = 1500(1 - 0,06) = 1412 об/мин.

Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1 (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р2. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне - ∞ < s < 0, т. е. оно может прини­мать любые отрицательные значения.

Режим торможения противовключением. Если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.

В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора является отрицательной, а поэтому скольжение приобрета­ет положительные значения больше единицы:

s = [n1 - (- n2)] / n1 = (n1 + n2) /n1 > 1. (10.3)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < s < + ∞ , т. е. оно может принимать любые положительные значения больше единицы.

Обобщая изложенное о режимах работы асинхронной маши­ны, можно сделать вывод: характерной особенностью работы асинхронной машины является неравенство частот вращения маг­нитного поля статора n1 и ротора n2, т. е. наличие скольжения, так как только в этом случае вращающееся магнитное поле наводит в обмотке ротора ЭДС и на роторе возникает электромагнитный момент. При этом каждому режиму работы асинхронной машины соответствует определенный диапазон изменений скольжения, а следовательно, и частоты вращения ротора.

Из рассмотренных режимов работы наибольшее практическое применение получил двигательный режим асинхронной машины, т. е. чаще используют асинхронные двигатели, которые составля­ют основу современного электропривода, выгодно отличаясь от других электродвигателей простотой конструкции и высокой на­дежностью. Поэтому теорию асинхронных машин принято изла­гать применительно к асинхронным двигателям.

studfiles.net

"Авиационные асинхронные машины специального применения. Опыт эксплуатации"

Выдержка из работы

Актуальные проблемы авиации и космонавтики — 2014. Технические наукиУДК 629. 73. 08- 629.7. 004. 67И. А. Ларченко, Ю. О. Шмелев Научный руководитель — Н. В. Юрковец Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, КрасноярскАВИАЦИОННЫЕ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИПроанализированы основные технические и эксплуатационные данные авиационных асинхронных машин специального применения.Электрические машины представлены на самолетах генераторами постоянного и переменного тока, преобразователями тока и напряжения, электромашинными усилителями, электродвигателями привода и электромеханизмами. Для удобства анализа все эти устройства относят к одному из двух основных видов электрических машин — генераторам или электродвигателям [1].Асинхронные преобразователи частоты применяются преимущественно для получения переменного напряжения с частотой 100−200 Гц, необходимого для питания асинхронного привода с частотами вращения выше 3 000 об/мин (электропилы и другие ручные электрические машины).Однофазные асинхронные двигатели — машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором [2].Статор асинхронного двигателя с экранированными полюсами имеет явнополюсную конструкцию. На полюсах размещается однофазная обмотка, которая подключается в однофазную сеть. Часть полюса охватывает короткозамкнутый виток К. На роторе двигателя имеется обычная короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки.Исследования влияния частоты на размеры и вес асинхронных электродвигателей и трансформаторов самолетного типа показали, что оптимальной частотой переменного тока для самолетов является частота 400 Гц, при которой наибольшая возможная скорость вращения электродвигателей составляет 24 000 об/мин.Вес асинхронных электродвигателей самолетного типа при частоте 400 Гц примерно на 40% меньше веса электродвигателей постоянного тока, рассчитанных на 24 В, имеющих ту же номинальную мощность и скорость вращения. В связи с этим в последние годы была установлена как наиболее рациональная для тяжелых самолетов трехфазная система при частоте 400 Гц с нейтралью, соединенной с корпусом самолета, линейным напряжением 208 В и фазовым 120 В Во многих случаях самолетные электродвигатели должны иметь большие кратности пусковых моментов. В связи с этим асинхронные электродвигатели самолетного типа выполняются с глубоким пазом для обмотки ротора и беличьей клеткой из латуни, обладающей значительно большим удельным сопротивлением, чем медь.Специальные асинхронные машины включают: Автономный асинхронный генератор,• асинхронный преобразователь частоты-• однофазный асинхронный двигатель-• однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой-• асинхронный двигатель с экранированными (расщепленными) полюсами, и другие, которые рассмотрены ниже.Асинхронные тахогенераторы. Тахогенераторы применяют для преобразования механического вращения в электрический сигнал. На выходе тахогене-ратора возникает напряжение, пропорциональное частоте вращения вала какой-либо машины. Шкала прибора, включенного на выходе тахогенератора, градуируется непосредственно в оборотах в минуту (об/мин) или километрах в час (км/ч) [3].Асинхронный тахогенератор устроен так же, как двухфазный асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором. На статоре в пазах уложены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток В (возбуждения) постоянно включена в сеть переменного тока, другая обмотка Г (генераторная) присоединена к нагрузке (электроизмерительному прибору V), т. е. является выходной.Сельсины. Сельсины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых, электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами. Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя), — приемником.Вращающиеся трансформаторы. К ним относятся электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора 0 в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям. В зависимости от закона изменения напряжения на выходе их подразделяют на следующие типы:а) синусно-конусный трансформатор, позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально Бт0, а другое — соб0-б) линейный вращающийся трансформатор, выходное напряжение которого пропорционально углу 0-в) вращающийся трансформатор-построитель, выходное напряжение которого имеет связь с подаваемыми первичными напряжениями и и и2 в виде законаСекция «Техническая эксплуатация электросистем и авионика «ивых = С^и2 + и 2,где С — конструктивная постоянная.Для получения вращающихся трансформаторов различных типов можно использовать одну и ту же машину с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при различных способах их включения. Эти трансформаторы применяют в автоматических и вычислительных устройствах, предназначенных для решения геометрических и тригонометрических задач, выполнения различных математических операций, построения треугольников, преобразования координат, разложения и построения векторов и пр. В системах автоматического регулирования их используют в качестве измерителей рассогласования, фиксирую-щих отклонение системы от некоторого заданного положения.Библиографические ссылки1. Панасюк Г. И., Попов И. А., Привалов Г. В. Авиационные электрические машины. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1985.2. Специальные электрические машины / А. И. Бер-тинов, Д. А. Бут и др. М.: Энергоиздат, 1982.3. Бут Д. А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высш. шк., 1986.© Ларченко И. А., Шмелев Ю. О., 2014УДК 629. 73. 08- 629.7. 004. 67Е. А. Лосев, С. В. Полежаев Научный руководитель — Н. В. Юрковец Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, КрасноярскОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН. МЕСТО АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В СИСТЕМЕ СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВРассматривается актуальность использования авиационных электрических машин в системе современного оборудования воздушных судов.Электрические машины являются основными элементами электрических установок. Электрические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в электрическую называются генераторами, а электрической в механическую — двигателями. К электрическим машинам также относят и трансформатор. Принцип действия электрических машин основан на физических законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил [1].Авиационные электрических машины применяются в качестве электромашинных преобразователей (ПТ-750, ПО-750), синхронных однофазных и трёх-фазных машин (ГТ-40ПЧ-6), асинхронных однофазных и трёхфазных машин, машин постоянного тока (СТГ-18ТМО).Место авиационных электрических машин в системе современного оборудования воздушных судов рассмотрим на примере последней модели самолёта американской компании Boeing — Boeing 787 Dreamliner [2]. В самолете Boeing 787 Dreamliner для питания систем самолета используется электроэнергия, а не пневматика, и он зависит от электроэнергии в большей степени, чем все другие самолеты компании Boeing.Размещение электрооборудования на самолете Boeing 787 Dreamliner

gugn.ru

3 Раздел асинхронные машины

Режимы работы и устройство асинхронной машины

Магнитная цепь асинхронной машины

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателей

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Асинхронные машины специального назначения

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателей

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. Однако преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных дви­гателей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линейные, испол­нительные и др.

Глава 10

• Режим работы и устройство асинхронной машины

§ 10.1. Режим работы асинхронной машины

В соответствии с принципом обратимости элек­трических машин (см. § В.2) асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генератор­ном режимах. Кроме того, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n2 < n1 в сторону вра­щения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъ­емного крана и т. п.), то вращающий момент двига­теля М, преодолев противодействующий (нагрузоч­ный) момент Мнагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р1, поступающая в двига­тель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность Р1 и передается исполни­тельному механизму ИМ (рис. 10.1, б).

Весьма важным параметром асинхронной ма­шины является скольжение — величина, характери­зующая разность частот вращения ротора и вра­щающегося поля статора:

S = (n1 – n2)/ n1 (10.1)

Скольжение выражают в долях единицы либо в процентах. В последнем случае величину, получен­ную по (10.1), следует умножить на 100.

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2умень­шается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зави­сит от механической нагрузки на валу двигателя и может изме­няться в диапазоне 0 <s ≤ 1.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n2= 0). При этом скольжение s равно единице.

Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s ≈ 0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением shom. Для асинхронных дви­гателей общего назначения shom = 18%, при этом для двигателей большой мощностиsном = 1%, а для двигателей малой мощности sном = 8%.

Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для опре­деления асинхронной частоты вращения (об/мин):

n2 = n1(1-s). (10.2)

Пример 10.1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 работает от сети с частотой тока f1 = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.

Решение. Синхронная частота вращения по (6.3)

n1 = f1 60/ р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.

Номинальная частота вращения по (10.2)

nном = n1(1 - sном ) = 1500(1 - 0,06) = 1412 об/мин.

Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1 (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р2. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне - ∞ < s < 0, т. е. оно может прини­мать любые отрицательные значения.

Режим торможения противовключением. Если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.

В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора является отрицательной, а поэтому скольжение приобрета­ет положительные значения больше единицы:

s = [n1 - (- n2)] / n1 = (n1 + n2) /n1 > 1. (10.3)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < s < + ∞ , т. е. оно может принимать любые положительные значения больше единицы.

Обобщая изложенное о режимах работы асинхронной маши­ны, можно сделать вывод: характерной особенностью работы асинхронной машины является неравенство частот вращения маг­нитного поля статора n1 и ротора n2, т. е. наличие скольжения, так как только в этом случае вращающееся магнитное поле наводит в обмотке ротора ЭДС и на роторе возникает электромагнитный момент. При этом каждому режиму работы асинхронной машины соответствует определенный диапазон изменений скольжения, а следовательно, и частоты вращения ротора.

Из рассмотренных режимов работы наибольшее практическое применение получил двигательный режим асинхронной машины, т. е. чаще используют асинхронные двигатели, которые составля­ют основу современного электропривода, выгодно отличаясь от других электродвигателей простотой конструкции и высокой на­дежностью. Поэтому теорию асинхронных машин принято изла­гать применительно к асинхронным двигателям.

studfiles.net

3 Раздел асинхронные машины

Режимы работы и устройство асинхронной машины

Магнитная цепь асинхронной машины

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателей

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Асинхронные машины специального назначения

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателей

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. Однако преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных дви­гателей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линейные, испол­нительные и др.

Глава 10

• Режим работы и устройство асинхронной машины

§ 10.1. Режим работы асинхронной машины

В соответствии с принципом обратимости элек­трических машин (см. § В.2) асинхронные машины могут работать как в двигательном, так и в генератор­ном режимах. Кроме того, возможен еще и режим электромагнитного торможения противовключением.

Двигательный режим. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя рассмотрен в § 6.2. При включении обмотки статора в сеть трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмот­кой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стерж­нях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4). В результате взаимодействия этих токов с вращаю­щимся магнитным полем на роторе возникают элек­тромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под дейст­вием которого ротор асинхронного двигателя при­ходит во вращение с частотой n2 < n1 в сторону вра­щения поля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъ­емного крана и т. п.), то вращающий момент двига­теля М, преодолев противодействующий (нагрузоч­ный) момент Мнагр, исполнительного механизма, приведет механизм во вращение. Следовательно, электрическая мощность Р1, поступающая в двига­тель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность Р1 и передается исполни­тельному механизму ИМ (рис. 10.1, б).

Весьма важным параметром асинхронной ма­шины является скольжение — величина, характери­зующая разность частот вращения ротора и вра­щающегося поля статора:

S = (n1 – n2)/ n1 (10.1)

Скольжение выражают в долях единицы либо в процентах. В последнем случае величину, получен­ную по (10.1), следует умножить на 100.

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора n2умень­шается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зави­сит от механической нагрузки на валу двигателя и может изме­няться в диапазоне 0 <s ≤ 1.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n2= 0). При этом скольжение s равно единице.

Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s ≈ 0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением shom. Для асинхронных дви­гателей общего назначения shom = 18%, при этом для двигателей большой мощностиsном = 1%, а для двигателей малой мощности sном = 8%.

Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для опре­деления асинхронной частоты вращения (об/мин):

n2 = n1(1-s). (10.2)

Пример 10.1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 работает от сети с частотой тока f1 = 50 Гц. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке, если скольжение при этом составляет 6%.

Решение. Синхронная частота вращения по (6.3)

n1 = f1 60/ р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.

Номинальная частота вращения по (10.2)

nном = n1(1 - sном ) = 1500(1 - 0,06) = 1412 об/мин.

Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного дви­гателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), яв­ляющегося источником механической энергии, вращать в направ­лении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1 (рис. 10.1, а). В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р2 перемен­ного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и да он отдает вырабатываемую активную мощность Р2. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т. е. в нем возбуждается вращающееся маг­нитное поле.

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне - ∞ < s < 0, т. е. оно может прини­мать любые отрицательные значения.

Режим торможения противовключением. Если у работаю­щего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.

В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора является отрицательной, а поэтому скольжение приобрета­ет положительные значения больше единицы:

s = [n1 - (- n2)] / n1 = (n1 + n2) /n1 > 1. (10.3)

Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < s < + ∞ , т. е. оно может принимать любые положительные значения больше единицы.

Обобщая изложенное о режимах работы асинхронной маши­ны, можно сделать вывод: характерной особенностью работы асинхронной машины является неравенство частот вращения маг­нитного поля статора n1 и ротора n2, т. е. наличие скольжения, так как только в этом случае вращающееся магнитное поле наводит в обмотке ротора ЭДС и на роторе возникает электромагнитный момент. При этом каждому режиму работы асинхронной машины соответствует определенный диапазон изменений скольжения, а следовательно, и частоты вращения ротора.

Из рассмотренных режимов работы наибольшее практическое применение получил двигательный режим асинхронной машины, т. е. чаще используют асинхронные двигатели, которые составля­ют основу современного электропривода, выгодно отличаясь от других электродвигателей простотой конструкции и высокой на­дежностью. Поэтому теорию асинхронных машин принято изла­гать применительно к асинхронным двигателям.

studfiles.net

Смотрите также

• 
  Антенатальный и неонатальный периоды реферат
• 
  Алтын урда чоры эдэбияты реферат
• 
  Анализ повести бедная лиза реферат
• 
  Аддитивные технологии в машиностроении реферат
• 
  Натуралистический пантеизм д бруно реферат
• 
  Реферат политические идеалы николая 2
• 
  Основные отрасли промышленности россии реферат
• 
  Реферат 3 класс про кенгуру
• 
  Реферат индивидуальное и рыночное предложение
• 
  Реферат кто мыслит абстрактно гегель
• 
  Реферат ливонская война 1558 1583