Задача Асинхронный двигатель. Работа электродвигателя с фазным ротором

принцип работы, характеристики / Школа электрика / Коллективный блог

Принцип работы любого асинхронного двигателя основан на физическом взаимодействии магнитного поля, возникающего в статоре, с током, который это же поле наводит в обмотке ротора. Электрическое напряжение прикладывается к обмотке статора, которая выполнена как три группы катушек. Под действием напряжения в обмотке возникает переменный трехфазный ток, который и наводит вращающееся магнитное поле. При пересечении замкнутой обмотки ротора, это поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, создает в ней ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля (статор) и тока (ротор) создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря совокупности моментов, создаваемых отдельными проводниками, возникает результирующий момент, электромагнитная пара сил, заставляющая вращаться ротор в направлении, в котором движется электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле при этом вращаются с различными скоростями, т.е. асинхронно (отсюда и основное название двигателей). У асинхронных двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет меньше скорости, с которой вращается магнитное поле в статоре.

С момента начала вращения ротор может выполнить механическую работу – с помощью подсоединенного вала приводить в движение технологическую машину (насос, вентилятор, транспортер и т.д.).

Принцип работы асинхронного двигателя показан на видео:

Асинхронный двигатель с фазным ротором необходим в приводах, которые сразу требуют большого пускового момента – лифты, краны, мельницы и т.д. В таких механизмах необходимее уже при запуске двигателя получить максимальный момент, но при этом ограничив значение пускового тока.

Основные элементы асинхронного двигателя – ротор и статор, разделяемые воздушным зазором. Активные части двигателя – магнитопровод и обмотки, остальные составляющие – конструктивные, призванные обеспечить необходимую жесткость, прочность, возможность вращения и его стабильность, охлаждение и т.д.

Cтатор – неподвижная часть, на внутренней стороне сердечника которого размещаются обмотки. Обмотка статора - это трехфазная (для общего случая - многофазная) обмотка, в которой проводники равномерно распределяются по окружности статора и уложены пофазно в пазах, соблюдая угловое расстояние равное 120 эл.град. Статорные фазы обмотки соединены стандартно – «звезда» или «треугольник» - и подключены к трехфазной сети электротока. В процессе вращения (изменения) магнитного потока в обмотках возбуждения, происходит перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготовлен шихтованным (набирается из пластин) из особой электротехнической стали – таким способом удается минимизировать магнитные потери.

Рис. 1. Схема асинхронного двигателя

На асинхронный двигатель с фазным ротором установлен ротор, на котором размещают три, как и на статоре, фазные обмотки, соединяемые между собой по схеме «звезда» («треугольник» встречается очень редко). К медным кольцам (их количество равно количеству обмоток), которые закреплены на валу рота и полностью изолированы как сердечника ротора, так и между собой, присоединены концы фазных обмоток. Благодаря этому соединению асинхронный двигатель с фазным ротором имеет и другое название – двигатель с контактными кольцами.

Асинхронные двигатели с фазным ротором: особенности пуска

Асинхронные двигатели сегодня – это доля в 80% от всего количества разнообразных электродвигателей, выпускаемых мировой промышленностью. Все это – благодаря простоте конструкции, в эксплуатации и обслуживании, низкой себестоимости и высокой надежности. Но есть один существенный недостаток – из сети асинхронные двигатели потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их предельная мощность напрямую зависит от мощности системы энергоснабжения. Кроме того, такой электропривод имеет значения пускового тока, которые в втрое больше рабочих. При малой мощности системы энергоснабжения, это может вызвать значительное падение напряжение в сети и отключение других приборов. Асинхронные двигатели с фазным ротором, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов, могут запускаться с небольшим пусковым током.

Рис. 2 . Асинхронные двигатели

Резисторы, стоящие в цепи ротора, помогают ограничить ток не только в течении запуска, но так же и при торможении, реверсе и при снижении скорости. По мере того, как двигатель набирает скорость – разгоняется, чтобы поддерживать необходимое ускорение, резисторы выводятся. При окончании разгона и выхода на паспортную частоту, все резисторы шунтируются, двигатель переходит на работу со своей естественной механической характеристикой.

Рассмотрим пример запуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 3. Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Используя схему асинхронного двигателя (рис. ) рассмотрим запуск в две ступени который проводится с использованием релейно-контакторной аппаратуры. Одновременно напряжение подается как на силовые цепи, так и на управляющие – замыкается выключатель QF.

При подаче напряжения реле времени (обозначены КТ1 и КТ2) в цепи управления срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия кнопки запуска (SB1) срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с резисторами, которые введены в цепь ротора – в этот момент на контакторах КМ1 и КМ2 питания нет. При подключении контактора КМЗ, из-за потери питания, в цепи контактора КМ1 реле КТ1 замыкает контакт через интервал времени, заданный задержкой времени в реле КТ1. По истечению времени (двигатель разгоняется, ток ротора начинает падать) происходит включение контактора КМ1 – происходит шунтирование первой пусковой ступени резисторов. Ток снова возрастает , но по мере разгона его значение начинает уменьшаться. Одновременно с этим в цепи происходит размыкание реле КТ2, оно теряет питание и с выставленной выдержкой происходит замыкание контакта в цепи контактора КМ2. Происходит шунтирование второй ступени резисторов, включенных в цепь ротора. Двигатель работает в штатном режиме.

Благодаря ограничению пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно устанавливать в слабых сетях.

Порядок подключения асинхронного двигателя приведен на видео:

Асинхронные двигатели с фазным ротором: плюсы и минусы

Как уже указывалось выше, если сравнивать его с двигателем с короткозамкнутым ротором, имеет два основных преимущества:

• возможность запуска двигателя с уже подключенной к валу значительной нагрузкой – двигатель с самого начала создает большой вращающий момент
• ограничение по току включения позволяет устанавливать асинхронные двигатели с фазовым ротором в маломощных сетях.

Кроме того, следует отметить и другие достоинства:

• возможность работы с большой перегрузкой
• малые колебания скорости вращения – при разных нагрузках скорость вращения остается приблизительно одинаковой
• возможность установки автоматики – пусковых приспособлений

Отметим и недостатки:

• введение резисторов в цепь ротора усложняет и удорожает двигатель
• большие габариты
• меньший, чем у короткозамкнутых двигателей, показатель КПД и cos φ
• при недогрузках значение cos φ имеет минимальные значения

На практике асинхронные двигатели с фазным ротором оптимально подходят для случаев, когда нет необходимости в широкой и плавной регулировке скорости и требуется очень большая (особенно на первоначальном этапе) мощность двигателя.

Для правильного подключения асинхронного двигателя важно правильно определить начала и концы фазных обмоток. Как это сделать – подробно рассмотрено на видео:

44kw.com

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Часть асинхронных двигателей выполняется с фазным ротором. Отличие асинхронных двигателей с фазным ротором от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором заключается в том, что в двигателях с фазным ротором ротор имеет собственную обмотку. В двигателях с короткозамкнутым ротором ток в роторе создается вращающимся магнитным полем статора, а в двигатели с фазным ротором этот ток в обмотку ротора необходимо подать. Для этого в двигателе имеется щеточный механизм с контактными кольцами и щетками. Наличие щеточного механизма усложняет конструкцию двигателя, для пуска такого двигателя необходимы пусковые сопротивления ограничивающие ток в момент пуска, однако такой двигатель имеет преимущества перед двигателем с короткозамкнутым ротором: двигатель с фазным ротором имеет хорошие пусковые свойства (пусковой момент равен 0,7 -0,8 от номинального) и частоту вращения такого двигателя можно регулировать вводя в цепь ротора добавочные сопротивления.

Внешний вид электродвигателя с фазным ротором

Корпус

Статор

Ротор

Контактные кольца

Щеточный механизм

Регулирование частоты вращения асинхронных машин осуществляется введением в цепь ротора реостата, изменением количества полюсов обмотки статора, изменением частоты тока в статоре.

1. Введение реостата в цепь ротора эффективный и дешевый способ, но неэкономичный т.к в реостате происходит значительная потеря энергии.

2. Изменение количества полюсов трудоемкий процесс требующий внесения изменения в конструкцию двигателя и позволяет менять скорость вращения только ступенчато.

3. Изменения частоты питающего напряжения производится с помощью полупроводниковых частотных преобразователей. Позволяет плавно менять частоту вращения двигателей в широких пределах с сохранением жестких механических характеристик двигателя.

Основным достоинством синхронных двигателей является их высокий коэффициент мощности cosф.Синхронный двигатель, у которого коэффициент мощности больше 1, потребляющий опережающий ток из сети, компенсирует реактивную мощность других индуктивных приемников энергии, включенных в эту сеть. Магнитное поле в машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Обмотки возбуждения получают питание из сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители. Роторы выполняют с полюсами равномерно расположенными по окружности ротора. Полюс состоит из сердечника, полюсного наконечника и обмотки возбуждения, помещенный на сердечнике полюса. При вращении поле статора увлекает за собой полюса ротора, так что магнитные поля статора и ротора вращаются синхронно.Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным включением его в сеть невозможен, так как результирующий вращающий момент за один оборот поля статора относительно неподвижного ротора равен нулю. Поэтому для пуска в ход двигателя необходимо предварительно увеличить число оборотов ротора до синхронной скорости или близкой к ней, это достигается путем асинхронного пуска. Асинхронный пуск синхронного двигателя заключается в следующем. В полюсах наконечника ротора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, выполненная в виде беличьего колеса, подобно короткозамкнутой обмотке ротора асинхронной машины. Обмотка статора двигателя включается в трехфазную сеть и пуск его производится так же, как пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. После того, как двигатель разовьет скорость, близкую к синхронной (95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, то есть скорость ротора увеличивается до синхронной. При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление примерно в 10-12 раз больше, чем сопротивление самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оставить разомкнутой или замкнуть накоротко. Если при пуске в ход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, то в ней будет индуктироваться очень большая ЭДС, опасная как для изоляции обмотки, так и для обслуживающего персонала. Повышение ЭДС объясняется тем, что при пуске в ход поле статора вращается с большой скоростью относительно неподвижного ротора и с такой же скоростью пересекает проводники обмотки возбуждения, имеющей много витков. Основным недостатком синхронных двигателей является потребность в отдельном источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения.

Задача Асинхронный двигатель

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Уральский Государственный Горный Университет"

Кафедра электротехники

Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором

Контрольная работа

Группа ОПИ - 13

Студент Кожевников А.О.

Преподаватель Стожков Д.С.

Екатеринбург

2016

Исходные данные

Известны следующие технические данные асинхронного двигателя с фазным ротором, предназначенного для работы в сети с частотой (таблица 1, страница 2):

• число фаз ;

• схема соединения фаз обмотки статора ;

• число полюсов ;

• номинальная мощность (полезная) ;

• номинальное линейное напряжение обмотки статора ;

• номинальный КПД ;

• номинальный коэффициент мощности ;

• номинальная частота вращения ;

• кратность номинального момента ;

• активное сопротивление фазы обмотки статора ;

• схема соединения фаз обмотки статора ;

• линейная ЭДС неподвижного ротора ;

• индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки неподвижного ротора .

Таблица 1 – Исходные данные

Продолжение таблицы 1

Выполнение работы

Рисунок 1 – Асинхронный трехфазный двигатель с фазным ротором

Рисунок 2 – Пуск в ход двигателей с фазным ротором

Расчет значений номинального режима асинхронного двигателя

Активная номинальная мощность на зажимах статора :

Полная номинальная мощность на зажимах статора :

Реактивная номинальная мощность на зажимах статора :

Номинальное фазное напряжение и сила токастатора при схеме соединения фаз обмотки статора:

Фазная ЭДС неподвижного ротора при схеме соединения фаз обмотки статора:

Частота вращения магнитного поля статора :

Номинальное скольжение

Номинальный момент на валу

Расчет значений электрической схемы замещения фазы обмотки вращающегося ротора

Рисунок 3 – Схема замещения для вращающегося ротора

Частота ЭДС в номинальном режиме :

Номинальная фазная ЭДС ротора :

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы в номинальном режиме :

Номинальный фазный ток ротора :

Приведенный номинальный фазный ток :

Расчет значений электрической схемы замещения фазы обмотки неподвижного ротора

Рисунок 4 – Схема замещения для неподвижного ротора

Фазный ток ротора :

Приведенное значение :

Приведенное значение :

Приведенное значение :

Приведенное значение :

Сравнение значений фазных и приведенных токов вращающегося ротора:

Сравнение значений фазных и приведенных токов неподвижного ротора:

Расчет энергетических параметров номинального режима асинхронного двигателя

Суммарные потери :

Постоянные потери :

Переменные потери :

Добавочные потери :

Момент холостого хода :

Полезный момент при номинальной нагрузке :

Номинальный электромагнитный момент :

Номинальная электромагнитная мощность :

Электрические потери в обмотке ротора :

Электрические потери в номинальном режиме :

Электрические потери в обмотке статора :

Проверка мощностей:

Номинальная полная механическая мощность :

Рисунок 5 – Энергетическая диаграмма преобладания активной энергии при работе двигателя в номинальном режиме

Рисунок 6 – Энергетическая схема пуска двигателя

Расчет механической характеристики асинхронного двигателя

Критическое скольжение с закороченным ротором :

Индуктивное сопротивление короткого замыкания :

Активное сопротивление короткого замыкания :

Момент по формуле Клосса:

Таблица 2 – Механические характеристики двигателя

Рисунок 7 – Механическая характеристика

Для заметок

Список литературы

Абубакиров К.М. Электротехника и электроника часть 2. Электрические машины. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002 – 44 с.

http://www.studmed.ru/docs/document20989?view=1– Испытание асинхронного двигателя с фазным ротором

studfiles.net

• 
  Грейдирование дорог что это такое
• 
  Грейдирование дорог что это такое
• 
  Контроль качества бетона на стройплощадке
• 
  Тнвд ямз 236
• 
  Остаточная деформация
• 
  Ремонт заднего моста
• 
  Техническое состояние
• 
  Цилиндр двигателя
• 
  Онлайн расчет шестеренок
• 
  Технические характеристики volkswagen multivan
• 
  Как делают из нефти бензин