Файл: Машины переменного тока трехфазные асинхронные двигатели.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
-
ТРЕХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Трехфазные асинхронные двигатели состоят из статора и ротора. Статор — неподвижная, а ротор — подвижная части двигателя. Статор (рис. 1) состоит из станины 2, лапы 5, клеммный щиток 1 и трехфазных обмоток 3. Обмотки статора укладываются в пазы сердечника 4, собранного из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Начала С1, С2, С3 и концы С4, С5, С6 фазных обмоток статора выводятся на щиток, размещенный на корпусе двигателя. Для соединения фазных обмоток звездой концы фаз (С 4, С5, С6) на щитке соединяются вместе, а начала фаз подключаются в сеть. Для соединения фазных обмоток треугольником клеммы на щитке соединяются вертикально (С1С6; С2С4; С3С5),а зажимы С1, С2 и С3 подключаются в сеть.
Рис. 1
Статор служит для создания вращающегося магнитного поля. Положив внутрь статора железный шарик и подключив статор звездой в трехфазную сеть, демонстрируем вращающееся магнитное поле трехфазной системы. Переменив местами подключение двух фаз, наблюдаем вращение шарика (магнитного поля) в обратном направлении.
Асинхронные двигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.
Ротор короткозамкнутый (рис. 2) собирается из отдельных изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазы ротора закладываются медные стержни 2, замкнутые накоротко с торцов медными кольцами 1. Таким образом, обмотка ротора представляет собой беличье колесо. В современных асинхронных двигателях обмотка 2 ротора отливается из алюминия. Лопатки 3 служат для охлаждения двигателя во время работы.
Рис. 2
Фазный ротор (рис. 3) имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой. Начала фазных обмоток ротора выведены к контактным кольцам, находящимся на оси двигателя. Поэтому двигатели с фазным ротором называют также двигателями с контактными кольцами. К контактным кольцам прижимаются три щетки, соединенные с пусковым реостатом. При пуске двигателя пусковой реостат должен быть полностью введен. По мере раскручивания ротора пусковой реостат выводится. С помощью реостата добиваются плавного увеличения тока в роторе и плавного пуска двигателя.
Применение пускового реостата, наличие контактных колец, щеток, фазного ротора усложняет конструкцию асинхронного двигателя и увеличивает его стоимость.
Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. При вращении магнитного поля статора со скоростью п1 об/мин ротор будет вращаться со скоростью п2, причем n2
Рис. 3 Рис. 4
-
УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
К управлению асинхронным двигателем относится его включение в сеть, пуск, реверсирование, изменение скорости, остановка и выключение.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором достаточно большой мощности пускаются в ход непосредственным включением в сеть. Для уменьшения пускового тока в момент пуска обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя на несколько секунд соединяются звездой. После того как ротор двигателя раскрутится, обмотки статора переключаются со звезды на треугольник, т. е. подключаются к линейному напряжению. При соединении обмоток звездой пусковой момент уменьшается в 3 раза, так как напряжение уменьшается в
раза, а механический момент пропорционален квадрату напряжения. Пуск асинхронного двигателя с переключением со звезды на треугольник может применяться в том случае, когда пусковая нагрузка двигателя не превышает 40 % номинальной. При большей нагрузке двигатель не придет во вращение. Кроме того, пуск асинхронного двигателя с подобным переключателем требует, чтобы напряжение на фазной обмотке статора соответствовало линейному напряжению сети. Например, если на щитке двигателя указано Y/
- 380-220 В, то при линейном напряжении в сети 380 В двигатель следует подключать в сеть звездой, а при линейном напряжении в сети 220 В двигатель подключается треугольником. В первом и во втором случае на обмотку фазы двигателя приходится напряжение 220 В. Переключать такой двигатель со звезды на треугольник в сети с линейным напряжением 380 В нельзя, так как фазные обмотки попадут под линейное напряжение 380 В и двигатель может сгореть.Для более плавного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором применяются автотрансформаторы (рис. 5). В момент пуска включают рубильник 1 и постепенно увеличивают напряжение на двигателе. После того как ротор раскрутится, через автотрансформатор подают на двигатель все напряжение сети и включают рубильник 2.
Рис. 5
Реакторный способ пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором состоит в том, что вместо автотрансформатора подключается пусковой реостат, представляющий собой реактивное сопротивление.
Для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором применяется пусковой реостат, подключенный к ротору через щетки и контактные кольца.
Реверсированием двигателя называется изменение направления вращения ротора. Реверсирование трехфазного асинхронного двигателя осуществляется путем перемены местами двух подключенных к двигателю фазных проводов. Переключение фазных проводов изменяет направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора.
Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не могут плавно изменять скорость. Скорость вращения ротора асинхронного двигателя связана со скоростью вращения магнитного поля статора, которая выражается формулой
где f—частота тока в сети; р — число пар полюсов магнитного поля статора.
Так как промышленная частота переменного тока — величина постоянная и равна 50 Гц, то в практике изменение скорости асинхронного двигателя достигается путем изменения пар полюсов магнитного поля статора. Число пар полюсов зависит от числа последовательно включенных обмоток в фазах статора.
При шести обмотках статора на каждую фазу приходится по две обмотки, которые можно соединить друг с другом согласовано последовательно или встречно параллельно. При последовательном соединении обмоток получим четырехполюсное магнитное поле, которое будет вращаться со скоростью 1500 об/мин. Соединив фазные обмотки параллельно, получим двухполюсное магнитное поле, которое будет вращаться со скоростью 3000 об/мин. Аналогично можно получить скорости 1000 и 750 об/мин. Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором дает только ступенчатое изменение скорости, что является большим недостатком двигателей этого типа.
Для изменения скорости асинхронного двигателя с фазным ротором применяется регулировочный реостат, который отличается от пускового тем, что имеет больше секций и включается на длительное время. Регулировочный реостат является трехфазным и включается последовательно с фазными обмотками ротора.
Введение реостата уменьшает ток в роторе, что приводит к уменьшению скорости двигателя.
Недостатком данного способа регулировки скорости двигателя являются тепловые потери в самом реостате. Регулировочный реостат обычно монтируется вместе с пусковым. Такое устройство называется пускорегулировочным реостатом.
Остановка асинхронных двигателей небольшой мощности осуществляется непосредственным выключением рубильника или пакетного выключателя. В двигателях с автотрансформаторным пуском после снятия нагрузки с двигателя вводится автотрансформатор, с помощью которого уменьшается напряжение на двигателе. Затем выключается рубильник, и двигатель останавливается. В двигателях с реостатным пуском после снятия нагрузки вводится реостат, затем выключается рубильник.
В практике часто требуется быстрая остановка двигателя. В этом случае выполняется электрическое торможение двигателя. Электрическое торможение асинхронных двигателей производится двумя способами: противовключением и рекуперативным торможением.
При торможении противовключением подключение двух фаз статора меняется местами. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, и ротор тормозится. При остановке двигатель необходимо отключить от сети, так как ротор его начнет вращаться в обратном направлении.
Рекуперативное торможение осуществляется путем перевода двигателя в генераторный режим. Для этого необходимо, чтобы скорость вращения ротора была больше скорости вращения магнитного поля. В многообмоточных статорах обмотки статора переключаются с меньшего числа пар полюсов на большее. При этом асинхронный двигатель становится генератором и отдает в сеть электрическую энергию, возникшую за счет механической энергии ротора.
Для торможения двигателя переключением фаз из сети потребляется энергия, а при рекуперативном торможении, наоборот, энергия возвращается в сеть.
-
ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В настоящее время широко применяются однофазные асинхронные двигатели, которые являются основными в сети однофазного переменного тока. Статор такого двигателя имеет две обмотки — рабочую и пусковую или вспомогательную. Обе обмотки размещены в пазах сердечника так, что их оси смещены пространственно по окружности статора на 90°. Ротор имеет одну короткозамкнутую обмотку.
Для получения вращающегося магнитного ноля пусковая обмотка 2 соединяется последовательно с конденсатором 3 или активным сопротивлением и подключается параллельно рабочей обмотке (рис. 6).
Рис. 6
Подключение конденсатора или активного сопротивления дает сдвиг фаз между токами в обмотках, близкий к 90°, что вызывает появление вращающегося магнитного поля статора. В момент времени, когда в пусковой обмотке ток, а следовательно, и магнитный поток достигает максимума, в рабочей обмотке ток (магнитный поток) равен нулю. Суммарный магнитный поток соответствует магнитному потоку Ф1 (рис. 6). Через четверть периода максимум тока (магнитного потока) будет в рабочей обмотке, а в пусковой обмотке ток и магнитный поток в данный момент будут равны нулю. Суммарный поток соответствует магнитному потоку Ф2. Еще через четверть периода максимум отрицательного тока (магнитного потока) будет в пусковой обмотке, а в рабочей обмотке ток (магнитный поток) равен нулю. Суммарный магнитный поток соответствует магнитному потоку Ф3 и т. д. Таким образом, при непрерывном синусоидальном изменении тока в рабочей и пусковой обмотках суммарный магнитный поток будет вращаться против часовой стрелки. Если амплитуда магнитных потоков рабочей и вспомогательной обмоток равны, то вращение магнитного поля будет круговым, при неравенстве амплитуд — эллиптическим.
После пуска двигателя пусковая обмотка с конденсатором отключается или остается включенной. Двигатели с конденсатором получили название однофазных конденсаторных двигателей.
В маломощных однофазных асинхронных двигателях сдвиг фаз в обмотках статора достигается путем посадки на половину полюса медного кольца. В медном кольце возбуждается индукционный ток, обратный основному току обмотки, а следовательно, и магнитный поток кольца, противоположный магнитному потоку полюса, что создает сдвиг фаз в магнитном потоке и обеспечивает вращающий момент ротора.
Однофазные асинхронные двигатели по сравнению с трехфазными имеют худшие пусковые качества, более низкий КПД и меньший коэффициент мощности.
-
ВКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ
Трехфазный асинхронный двигатель может работать в однофазной сети переменного тока. Для подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть нужно из трех фазных обмоток статора создать рабочую и пусковую обмотки. Рабочая обмотка подключается в сеть, а пусковая соединяется с конденсатором и подключается параллельно рабочей обмотке. При этом получается
Рис. 7вращающееся магнитное поле. В зависимости от технических данных двигателя и напряжения сети существует несколько схем включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть. При этом необходимо, чтобы фазное напряжение двигателя было равно или близко к напряжению сети. Следовательно, асинхронный двигатель, в паспорте которого указано 220/127— Y/
, включается в однофазную сеть напряжением 220 В звездой, как показано на рисунке 7, а. При таком включении на каждую фазу рабочей обмотки приходится по 110 В, а номинальное фазное напряжение двигателя 127 В. Двигатель будет работать. Для получения вращающегося магнитного поля необходимо, чтобы магнитные потоки рабочей и пусковой (вспомогательной) обмотки были смещены в пространстве на 90° и сдвинуты по фазе во времени на 90° (
= 90°). Рассмотрим векторную диаграмму магнитного поля двигателя, включенного в сеть по схеме (рис. 7, а). Ток в третьей фазе (С3С6) двигателя имеет противоположное направление, следовательно, и магнитный поток будет иметь противоположное направление (-Ф3). Магнитный поток рабочей обмотки равен ФР=Ф1+( -Ф3) и перпендикулярен магнитному потоку пусковой обмотки (рис. 7,б). Для сдвига фаз магнитных потоков на 90° в пусковую обмотку подключают конденсатор. Трехфазный асинхронный двигатель (220/127— Y/ ) лучше включать в однофазную сеть 220 В по схеме, указанной на рисунке 7, в. При таком включении улучшаются механические характеристики двигателя. Реверсирование осуществляется изменением направления тока в рабочей или пусковой обмотке, т. е. переключением начала и конца фазы.Трехфазный асинхронный двигатель (380/220— Y/
) подключается в однофазную сеть 220 В треугольником по схеме, данной на рисунке 8. Этот двигатель может быть подключен в однофазную сеть 220 В по схеме, указанной на рисунке 9.
Рис. 8 Рис. 9
В данном случае все фазные обмотки статора соединяются параллельно и подключаются в однофазную сеть. При этом в одну из фаз рабочей обмотки включается последовательно конденсатор С1, а в другую активное сопротивление r и конденсатор С2.
Для обеспечения сдвига фаз близкого к 90 ° между магнитными потоками рабочей и вспомогательной обмоток во времени
