Асинхронные машины (АМ)

Назначение и принцип действия АМ

АМ составляют 90% от всех ЭМ в мире по мощности 50% ЭМ – АМ.

Асинхронный двигатель создан Д.Добровольским 1889 – 91 гг. Он был 3-х фазный.

В настоящее время выпускаемые серии асинхронных двигателей 4А, АИ

На статоре 1 АМ в пазах расположена 3-х фазная обмотка 2 Ам,Ак,Вн,Вк,Ск,Сн (т.е число фаз статора m=3).

Если подключить обмотки статора к 3-х фазному переменному круговому полю Ф1 вращающимся с частотой ; f₁– частота сети и частота изменения магнитного поля f₁=50 Гц, Р – число пар полюсов, n₁–синхронная частота вращения поля.

На роторе 3 расположены обмотки 4 коротко – замкнутые или фазные.

Пи пересечении обмотки ротора полем Ф₁ в ней индуцируется ЭДС. Если обмотка замкнута, то возникает переменный ток в обмотке ротора, который взаимодействует с магнитным потоком и образуется электромагнитные силы.

Э/М силы приложены к проводникам обмотки ротора и создают вращающийся момент М, вращающий ротор с частотой n₂=n₁(1-S), где S-скольжение

; S – обеспечивает взаимное движение проводников ротора и магнитного поля статора, что обеспечивает скорость и ЭДС.

– номинальное значение угловой скорости.

Устройство асинхронных машин

Статор АМ представляет собой магнитопровод набираемый из листов э/технической стали толщиной 0.5 мм. Он собирается в пакет и запрессовывается в корпус. На внутренней поверхности пакета (магнитопровода) располагаются пазы z=18-24 штук, в них укладывается m-фазная обмотка. Число пазов, приходящееся на плюс и фазу . Если , то обмотка распределенная, если q=1, то обмотка сосредоточенная.

пазы могут быть: прямоугольными, трапециидальными, круглыми. Туда укладывается медный проводник ¡ или ¨ сечения, ¨ – для машин большой мощности (пазы и проволока)

– полюсное деление;

у– шаг обмотки

Если у=τ – удлиненный шаг

у > τ – удлиненный шаг

у < τ – укороченный шаг (обмотка должна укладываться в 2 слоя) (у=0,8τ)

Пазы могут иметь скос т.е. наклон к образующей

Распределение обмотки её укорочение, расположение в 2 слоя и скос пазов обеспечивают синусоидальное распределение магнитного поля, а также ЭДС и МДС (эл/движущих сил и эл/магнитных сил). Это обеспечивает отсутствие влияния высших гармоник на Эл/магнитный момент М.

Устройство ротора

Ротор АМ может быть короткозамкнутым и фазным. В обоих случаях сердечник ротора выполняется шихтованным т.е. из листов электротехнической стали, которые прессуются и насаживаются на вал. У короткозамкнутого ротора обмотка образуется заливанием в пазы расплавленного алюминия. Одновременно отливаются торцевые кольца, замыкающие эти обмотки и полости вентиляторов. После этого сердечник обтачивается.

Машины большой мощности имеют ротор, обмоткой которого являются медные стержни. По торцам они привариваются к медным кольцам для замыкания. Фазный ротор выполняется обычно по схеме звезда

Ротор 1 с фазной обмоткой 2 концы которой припаяны к контактным кольцам 3, вращающимся на валу ротора. С контактных колец ток снимается щетками 4, которые соединены с реостатом R, при помощи которого осуществляется замыкание этих обмоток, а также изменение пускового тока

АМ с короткозамкнутым ротором проще, дешевле, более распространены, но имеют высокий пусковой ток в 6–7 раз превосходящий I_НОМ и малый пусковой момент.

АМ с фазным ротором конструктивно сложнее, дороже, но имеют больший момент при меньшем токе.

ЭДС и МДС АМ

Магнитное поле Ф₁ пересекает проводники ротора с частотой , поэтому в них индуцируется ЭДС Е_2S изменяющееся с частотой т.е. ;

m₂ –число фаз; m₂=числу пазов;

ω₂–число витков;

К_об2– обмоточный коэффициент, учитывающий распределение, укорочение обмотки, а также скос пазов.

;

Магнитный поток Ф₁ взаимодействует с потоком обмотки ротора и создается МДС, вращающаяся с частотой ;

Т.е. магнитное поле статора вращается с частотой n₁ и поле или МДС ротора n₂ тоже вращается с частотой n₁.

Энергетическая диаграмма АМ

Потери энергии в АМ оказывают большое влияние на её работоспособность. К статору из сети подводится мощность cosj–коэффициент мощности (угол между U и I)

В статорной обмотке происходят потери электрические ΔР_эл1 (от рабочего тока из-за сопротивления), а в магнитопроводе – магнитные ΔР_м1. В результате со статора на ротор через малый зазор передается эл/магнитная мощность Р_эм

Р_эм=Р₁-ΔР_эл1-ΔР_м1

В роторной обмотке происходят потери ΔР_эл2. Магнитные потери в роторе малы т.к. f₂ значительно меньше f₁ (f₂<<f₁). В результате на роторе возникает механическая мощность

Р_мех=Р_эм-ΔР_эл2;

Р₂=Р_мех - ΔР_тр;

ΔР_тр–мощность на трение (воздух, подшипники);

Р₂–входная мощность на валу АМ

М – эл/магнитный момент; ω₁–частота вращения эл/магнитного поля

ω₂– скорость ротора

Т.о. электрические потери ΔР_эл2–определяют величину скольжения и другие параметры АМ в том числе КПД.

;

η<1-S

Пример при Р₂ < 1кВт S≥10% η<70-80%

при Р₂ > 100кВт S<1-2% η>98-99%

Эл/магнитный момент АМ

ψ₂–угол между ЭДС и током (сдвиг фаз между I₂ и E_2S);

;

;

ω₂–число обмоток ротора

Ф–магнитный поток

где –конструктивный коэффициент АМ

Эл/магнитный момент зависит от действительного значения тока I₂ и магнитного потока Ф.

М→

Если (угол ψ₂)–М-отриц.

Если (угол π-ψ₂)–М- отриц

(ψ₂=π/2)­–М=0

Очень трудно определить у работающей АМ ток I₂, магнитный поток и эл/магнитный момент М, поэтому используют инженерно-технические методики определения М.

Схемы замещения АМ

Схемами замещения называют обмотки АМ в виде активных и индуктивных сопротивлений, что позволяет определить I и U в них и другие энергетические показатели, т.е. рассчитать параметры АМ.

Дата добавления: 2014-01-07