Главная > Новые рефераты > Асинхронний двигун з фазним ротором
Асинхронний двигун з фазним ротором30-05-2013, 20:09. Разместил: tester8 |
|
Зміст Введення Асинхронні електродвигуни Короткозамкнений ротор. Ротор асинхронної машини типу "біляча клітка" Способи управління асинхронним двигуном Пристрій асинхронних електродвигунів з фазним ротором Принцип роботи асинхронних електродвигунів Фазний ротор Пуск асинхронного двигуна з фазним ротором Способи управління асинхронним двигуном Реостатне регулювання Висновок Список літератури Введення Трифазний асинхронний електричний двигун відрізняється від однофазного асинхронного двигуна тим, що на однофазному двигуні, точніше на його статорі, поміщена однофазна обмотка, і називається головною обмоткою або ж робочої обмоткою. Ротор однофазного двигуна з побудови такий же, як і трифазний асинхронний двигун. Однофазні асинхронні електричні двигуни знаходять велику використання невеликої потужності - до 2 кВт. Однофазні асинхронні електричні двигуни потужністю до 500 Вт використовують в побутових електричних пристроях. Початковий (пусковий) поводить момент відсутня у електричних однофазних асинхронних двигунів. Отчого при підключенні головною обмотки двигуна в мережу з однією фазою його ротор не може вчиняти обертів. p align="justify"> Для забезпечення запуску однофазного двигуна, на статорі встановлюють ще одну обмотку - пускову. Щодо головної обмотки вона розташована під кутом 90 В° і з'єднана послідовно з конденсатором або котушкою індуктивності. На момент підключення в мережу пусковий і головною обмоток утворювати ними магнітні потоки створюють обертове магнітне поле. Завдяки чому в роторі з'являється індукційний струм. Внаслідок взаємодії обертового магнітного поля, створюваного струмами в обмотках статора і магнітного поля, створюваного індукційним струмом у роторі, ротор приходить в обертання. p align="justify"> На час обертання ротора, утворюється ковзання, отже, пускова обмотка в такому випадку просто не потрібна і її відключає інерційний (відцентровий) вимикач або спеціальне реле. Трифазний асинхронний двигун можна використовувати і як однофазного. Але недолік такого методу полягає в необхідності використання дорогих конденсаторів великої ємності, оскільки на кожні 100 Вт потужності потрібно конденсатор з ємністю приблизно 10 мкФ Асинхронні електродвигуни В даний час, на частку асинхронних двигунів припадає не менше 80% всіх електродвигунів, що випускаються промисловістю. До них відносяться і трифазні асинхронні двигуни. p align="justify"> Трифазні асинхронні електродвигуни широко використовуються в пристроях автоматики і телемеханіки, побутових і медичних приладах, пристроях звукозапису тощ...о Асинхронная машина - це електрична машина змінного струму, частота обертання ротора якої не дорівнює (в руховому режимі менше) частоті обертання магнітного поля, створюваного струмом обмотки статора. У ряді країн до асинхронним машинам зараховують також колекторні машини. У Росії асинхронними машинами стали називати машини, які є індукційними . p> Асинхронні машини сьогодні складають більшу частину електричних машин. В основному вони використовуються як електродвигуни і є основними перетворювачами електричної енергії в механічну. p> Переваги асинхронних електродвигунів: Широке поширення трифазних асинхронних двигунів пояснюється простотою їх конструкції, надійністю в роботі, хорошими експлуатаційними властивостями, невисокою вартістю і простотою в обслуговуванні. Недоліки: 1. Невеликий пусковий момент. 2. Значний пусковий струм. Асинхронная машина має статор і ротор, розділені повітряним зазором. Її активними частинами є обмотки і магнітопровід; всі інші частини - конструктивні, забезпечують необхідну міцність, жорсткість, охолодження, можливість обертання і т.п. Обмотка статора являє собою трифазну (у загальному випадку - багатофазну) обмотку, провідники якої рівномірно розподілені по колу статора і пофазно покладені в пазах з кутовим відстанню 120 ел. град. Фази обмотки статора з'єднують за стандартними схемами "трикутник" або "зірка" і підключають до мережі трифазного струму. Магнітопровід статора перемагнічується в процесі зміни (обертання) магнітного потоку обмотки збудження, тому його виготовляють шіхтованного (набраними з пластин) з електротехнічної сталі для забезпечення мінімальних магнітних втрат. p> По конструкції ротора асинхронні машини поділяють на два основних типи: з короткозамкненим ротором і з фазним ротором. Обидва типи мають однакову конструкцію статора і відрізняються лише виконанням обмотки ротора. Магнітопровід ротора виконується аналогічно магнітопровода статора - з електротехнічної сталі і шіхтованного. br/> Короткозамкнений ротор. Ротор асинхронної машини типу "біляча клітка" Короткозамкнена обмотка ротора, часто звана "біляча клітка" через зовнішню схожість конструкції, складається з мідних або алюмінієвих стрижнів, замкнутих накоротко з торців двома кільцями. Стрижні цієї обмотки вставляють у пази сердечника ротора. У машинах малої і середньої потужності ротор зазвичай виготовляють шляхом заливання розплавленого алюмінієвого сплаву в пази сердечника ротора. Разом зі стрижнями "білячої клітини" відливають короткозамикающего кільця і ​​торцеві лопаті, які здійснюють самовентиляцією самого ротора і вентиляцію машини в цілому. У машинах великої потужності "білячу клітку" виконують з мідних стрижнів, кінці яки...х вваривают в короткозамикающего кільця. p align="justify"> асинхронний двигун фазний ротор Найчастіше пази ротора або статора роблять скошеними для зменшення вищих гармонійних ЕРС, викликаних пульсаціями магнітного потоку через наявність зубців, магнітне опір яких істотно нижче магнітного опору обмотки, а також для зниження шуму, що викликається магнітними причинами. Для поліпшення пускових характеристик асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором, а саме, збільшення пускового моменту і зменшення пускового струму, на роторі застосовують спеціальну форму паза. При цьому зовнішня від осі обертання частину паза ротора має менший перетин ніж внутрішня. Це дозволяє використовувати ефект витіснення струму, за рахунок якого збільшується активний опір обмотки ротора при великих ковзаннях (при пуску). p> Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором мають невеликий пусковий момент і значний пусковий струм, що є істотним недоліком "білячої клітки". Тому їх застосовують у тих електричних приводах, де не потрібні великі пускові моменти. З переваг слід відзначити легкість у виготовленні, і відсутність механічного контакту зі статичної частиною машини, що гарантує довговічність і знижує витрати на обслуговування. При спеціальній конструкції ротора, коли магнітопровід "ротора" залишається нерухомим, а обертається в магнітному зазорі тільки порожній циліндр з алюмінію (біляча клітина або короткозамкнутая обмотка ротора) можна досягти малої інерційності двигуна. br/> Способи управління асинхронним двигуном Під управлінням асинхронним двигуном змінного струму розуміється зміна частоти обертання ротора та/або його моменту. Існують наступні способи управління асинхронним двигуном: В§ реостатний - зміна частоти обертання АД з фазним ротором шляхом зміни опору реостата в ланцюзі ротора, крім того це збільшує пусковий момент; В§ частотний - зміна частоти обертання АД шляхом зміни частоти струму в мережі живлення, що тягне за собою зміну частоти обертання поля статора. Застосовується включення двигуна через частотний перетворювач <# "justify"> В§ перемиканням обмоток зі схеми "зірка" на схему "трикутник" в процесі пуску двигуна, що дає зниження пускових струмів в обмотках приблизно в три рази, але в той же час знижується і момент; В§ імпульсний - подачею напруги живлення спеціального виду (наприклад, пилкоподібного); В§ введення додаткової е. д. с з згідно або протівонаправлени з частотою ковзання у вторинну ланцюг. В§ зміною числа пар полюсів, якщо таке перемикання передбачено конструктивно (тільки для КЗ. роторів); В§ зміною амплітуди напруги живлення, коли змінюється тільки амплітуда (або діюче значення) керуючого напруги. Тоді вектори напруг упра...вління і збудження залишаються перпендикулярні (автотрансформаторним пуск); В§ фазовий управління характерне тим, що зміна частоти обертання ротора досягається шляхом зміни зсуву фаз між векторами напруг порушення та управління; В§ амплітудно-фазовий спосіб включає в себе два описаних способу; В§ включення в ланцюг живлення статора реакторів; В§ індуктивний опір для двигуна з фазним ротором. Пристрій асинхронних електродвигунів з фазним ротором Основними частинами будь-якого асинхронного двигуна є нерухома частина - статор і вращающая частина, звана ротором. Статор трифазного асинхронного двигуна складається з шіхтованного муздрамтеатру, запресованого в литу станину. На внутрішній поверхні магнітопровода є пази для укладання провідників обмотки. Ці провідники є сторонами багатовиткових м'яких котушок, що утворюють три фази обмотки статора. Геометричні осі котушок зрушені в просторі один відносно одного на 120 градусів. p align="justify"> Фази обмотки можна з'єднати за схемою'' зірка'' або "трикутник" залежно від напруги мережі. Наприклад, якщо в паспорті двигуна вказані напруги 220/380 В, то при напрузі мережі 380 В фази з'єднують "зіркою". Якщо ж напруга мережі 220 В, то обмотки з'єднують у "трикутник". В обох випадках фазна напруга двигуна дорівнює 220 В. Ротор трифазного асинхронного двигуна являє собою циліндр, набраний з штампованих листів електротехнічної сталі і насаджений на вал. Залежно від типу обмотки ротори трифазних асинхронних двигунів діляться на короткозамкнуті і фазні. p align="justify"> Доліво-Добровольський першим створив двигун з короткозамкненим ротором і досліджував його властивості. Він з'ясував, що у таких двигунів є дуже серйозний недолік - обмежений пусковий момент. Доліво-Добровольський назвав причину цього недоліку - сильно закорочений ротор. Їм же була запропонована конструкція двигуна з фазним ротором. p align="justify"> На рис. приведений вид асинхронної машини з фазним ротором в розрізі: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактні кільця, 5 - щітки. В У фазного ротора обмотка виконується трифазної, аналогічно обмотці статора, з тим же числом пар полюсів. Витки обмотки закладаються в пази сердечника ротора і з'єднуються за схемою зірка. Кінці кожної фази з'єднуються з контактними кільцями, закріпленими на валу ротора, і через щітки виводяться в зовнішній ланцюг. Контактні кільця виготовляють з латуні або сталі, вони повинні бути ізольовані один від одного і від валу. В якості щіток використовують металографітові щітки, які притискаються до контактних кілець за допомогою пружин щіткотримачів, закріплених нерухомо в корпусі машини.... На рис. наведено умовне позначення асинхронного двигуна з короткозамкненим (а) і фазним (б) ротором. В В В асинхронних електродвигунах більшої потужності і спеціальних машинах малої потужності для поліпшення пускових і регулювальних властивостей застосовуються фазні ротори. У цих випадках на роторі укладається трифазна обмотка з геометричними осями фазних котушок (1), зсунутими в просторі один відносно одного на 120 градусів. p> Фази обмотки з'єднуються зіркою і кінці їх приєднуються до трьох контактних кілець (3), насадженим на вал (2) і електрично ізольованим як від валу, так і один від одного. За допомогою щіток (4), що знаходяться в ковзному контакті з кільцями (3), є можливість включати в ланцюзі фазних обмоток регулювальні реостати (5). p> Асинхронний двигун з фазним ротором має кращі пускові та регулювальні властивості, однак йому притаманні великі маса, розміри і вартість, ніж асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Принцип роботи асинхронних електродвигунів Принцип роботи асинхронної машини заснований на використанні обертового магнітного поля. При підключенні до мережі трифазної обмотки статора створюється обертове магнітне поле, кутова швидкість якого визначається частотою мережі f і числом пар полюсів обмотки p, тобто ? 1 = 2? F/p Перетинаючи провідники обмотки статора і ротора, це поле індукує в обмотках ЕРС (згідно закону електромагнітної індукції). При замкнутій обмотці ротора її ЕРС наводить в ланцюзі ротора струм. У результаті взаємодії струму з результуючим малнітним полем створюється електромагнітний момент. Якщо цей момент перевищує момент опору на валу двигуна, вал починає обертатися і приводити в рух робочий механізм. Зазвичай кутова швидкість ротора? 2 не дорівнює кутової швидкості магнітного поля? 1, званої синхронної. Звідси і назва двигуна асинхронний, тобто несинхронний. Робота асинхронної машини характеризується ковзанням s, яке представляє собою відносну різницю кутових швидкостей поля? 1 і ротора? 2: s = (? 1 -? 2) /? 1 В Значення і знак ковзання, що залежать від кутової швидкості ротора відносно магнітного поля, визначають режим роботи асинхронної машини. Так, в режимі ідеального холостого ходу ротор і магнітне поле обертаються з однаковою частотою в одному напрямку, ковзання s = 0, ротор нерухомий щодо обертового магнітного підлогу, ЕРС в його обмотці НЕ индуктируется, струм ротора і електромагнітний момент машини дорівнюють нулю. При пуску ротор в перший момент часу нерухомий:? 2 = 0, s = 1. У загальному випадку ковзання в руховому режимі змінюється від s = 1 при пуску до s = 0 в режимі ідеального холостого ходу. p> При обертанні ротора зі швидкістю? 2>? 1 в напрямку обертання магнітного поля ковзання стає негативним. Машина переходить у генераторний режим і розвиває гальмівний момент. При обертанні ротора в напрямку, протилежному напрямку обертан...ня магнітного полі (s> 1), асинхронна машина переходить в режим противмикання і також розвиває гальмівний момент. Таким чином, залежно від ковзання розрізняють руховий (s = 1 Г· 0), генераторний (s = 0 Г· -?) Режими і режим противмикання (s = 1 Г· +?). Режими генераторний і противмикання використовують для гальмування асинхронних двигунів. br/> Фазний ротор Фазний ротор має трифазну (у загальному випадку - багатофазну) обмотку, зазвичай з'єднану за схемою "зірка" і виведену на контактні кільця, що обертаються разом з валом машини. За допомогою металографітові щіток, що ковзають по цих кільцях, в ланцюг обмотки ротора: В§ включають пускорегулювальний реостат, що виконує роль додаткового активного опору, однакового для кожної фази. Знижуючи пусковий струм, добиваються збільшення пускового моменту до максимального значення (у перший момент часу). Такі двигуни застосовуються для приводу механізмів, які пускають в хід при великому навантаженні або потребують плавного регулювання швидкості. p> В§ включають індуктивності (дроселі) у кожну фазу ротора. Опір дроселів залежить від частоти струму, що протікає, а, як відомо, в роторі в перший момент пуску частота струмів ковзання найбільша. У міру розкручування ротора частота індукованих струмів знижується, і разом з нею знижується опір дроселя. Індуктивний опір в ланцюзі фазного ротора дозволяє автоматизувати процедуру запуску двигуна, а при необхідності - "підхопити" двигун, у якого впали обороти через перевантаження. Індуктивність тримає струми ротора на постійному рівні. p> В§ включають джерело постійного струму, отримуючи таким чином синхронну машину. В§ включають харчування від інвертора, що дозволяє керувати обертами і моментними характеристиками двигуна. Це особливий режим роботи (машина подвійного живлення). Можливе включення напруги мережі без інвертора, з фазіровкой, протилежної тій, якої живиться статор. br/> Пуск асинхронного двигуна з фазним ротором Пускові умови асинхронного двигуна з фазною обмоткою ротора можна істотно поліпшити ціною деякого ускладнення конструкції та обслуговування двигуна. Т.к. активний опір фазної обмотки ротора відносно мало, то для отримання максимального початкового пускового моменту необхідно в ланцюг ротора включити пусковий реостат з опором фази Як тільки ротор починає обертатися, зменшується ковзання, а в місці з ним ЕРС і струм ротора, внаслідок чого зменшується обертовий момент. Щоб двигун продовжував розвивати обертовий момент, близький до максимального, опір пускового реостата потрібно поступово зменшувати. Нарешті коли двигун досягає номінальної частоти обертання, пусковий реостат замикають накоротко. p align="justify"> Для зменшення механічних втрат і зносу кілець і щіток двигуни забезпечуються іноді пристосуванням для підйому щіток і замикання кілець нако...ротко. Чим більше повинен бути пусковий момент, чим ближче він до максимального моменту, тим більше буде і пусковий струм. З цієї причини лише для особливо важких умов пуску реостат підбирається так, щоб пусковий момент дорівнював максимального. p align="justify"> Щоб пусковий реостат протягом часу пуску не перегрівався, його потужність повинна приблизно дорівнювати потужності двигуна. Для двигунів великої потужності пускові реостати виготовляються з масляним охолодженням. p align="justify"> Звичайно, застосування пускового реостата значно покращує пускові умови асинхронного двигуна, підвищуючи пусковий момент і зменшуючи пусковий струм. Способи управління асинхронним двигуном Під управлінням асинхронним двигуном змінного струму розуміється зміна частоти обертання ротора та/або його моменту. Існують наступні способи управління асинхронним двигуном: В§ реостатний - зміна частоти обертання АД з фазним ротором шляхом зміни опору реостата в ланцюзі ротора, крім того це збільшує пусковий момент; В§ частотний - зміна частоти обертання АД шляхом зміни частоти струму в мережі живлення, що тягне за собою зміну частоти обертання поля статора. Застосовується включення двигуна через частотний перетворювач <# "justify"> В§ перемиканням обмоток зі схеми "зірка" на схему "трикутник" в процесі пуску двигуна, що дає зниження пускових струмів в обмотках приблизно в три рази, але в той же час знижується і момент; В§ імпульсний - подачею напруги живлення спеціального виду (наприклад, пилкоподібного); В§ введення додаткової е. д. с з згідно або протівонаправлени з частотою ковзання у вторинну ланцюг. В§ зміною числа пар полюсів, якщо таке перемикання передбачено конструктивно (тільки для КЗ. роторів); В§ зміною амплітуди напруги живлення, коли змінюється тільки амплітуда (або діюче значення) керуючого напруги. Тоді вектори напруг управління і збудження залишаються перпендикулярні (автотрансформаторним пуск); В§ фазовий управління характерне тим, що зміна частоти обертання ротора досягається шляхом зміни зсуву фаз між векторами напруг порушення та управління; В§ амплітудно-фазовий спосіб включає в себе два описаних способу; В§ включення в ланцюг живлення статора реакторів; В§ індуктивний опір для двигуна з фазним ротором. Реостатне регулювання У трифазних асинхронних двигунах з фазним ротором застосовується реостатний спосіб регулювання частоти обертання ротора. Це досягається введення...м в ланцюг фазних обмоток ротора регульованого трифазного реостата, як при пуску двигуна. Але цей реостат повинен бути розрахований на тривале навантаження струмом ротора, а не на короткочасну, як пусковий реостат. Збільшення активного опору кола ротора змінює характеристику М вр (s) - робить її більш м'якою. Якщо при постійному моменті на валу двигуна збільшувати активний опір ланцюга ротора шляхом поступового збільшення опору реостата ( r p1 p2 p3 ), то робоча точка буде з однієї кривої М вр (s) на наступну, відповідну збільшеному опору ланцюга ротора, відповідно чому зростає ковзання, а, отже, зменшується частота обертання двигуна. Цим шляхом можна змінювати частоту обертання ротора в межах від номінальної до повної зупинки. Недоліком такого способу регулювання є відносно великі втрати енергії. Основні несправності асинхронного двигуна з фазним ротором НеісправностьВозможная прічінаНе розвиває номінальну швидкість обертання і гудітОдностороннее тяжіння ротора внаслідок: а) зношування підшипників, б) перекосу підшипникових щитів; в) вигину валаПлохо розвиває швидкість і гуде, струм у всіх трьох фазах різний і навіть на холостому ходу перевищує номінальний1. Неправильно з'єднані обмотки і одна з фаз виявилася "перевернутої" 2. Обірваний стрижень обмотки ротораРотор не обертається або обертається повільно, двигун гудітОборвана фаза обмотки статораВібрірует вся машіна1. Порушено центрування з'єднувальних напівмуфт або співвісність валів 2. Неврівноважені ротор, шків і полумуфтиВібрація зникає після відключення від мережі, струм у фазах статора стає неоднаковий, одна з ділянок обмотки статора швидко нагреваетсяКороткое замикання в обмотці статораПерегревается при номінальних перегрузках1. Вітково замикання в обмотці статора 2. Забруднення обмоток або вентиляційних каналовНізкое сопротівленіе1. Зволоження або забруднення обмоток 2. Старіння ізоляції Висновок Асинхронні електричні двигуни трифазного типу з короткозамкненим ротором широко використовують у народному господарстві, однак такі двигуни мають низку недоліків: відсутня плавне регулювання частоти обертання, великий пусковий струм та ін Але все це можна обійти, якщо ж замість ротора скористатися фазним ротором. Належним чином влаштований фазний ротор: трифазна обмотка розміщена в пазах ротора, (обмотка подібна обмотці статора); зіркою з'єднані фази обмотки ротора; початку фаз з'єднані з виготовленими з латуні або міді трьома контактними кільц...ями, які в свою чергу укріплені на одному валу з ротором. Відповідно контактні кільця ізольовані один від одного і від валу. До контактних кільцям добре притиснуті метало-графітні або вугільні щітки, встановлені на щеткодержателе, укріпленому на підшипниковому щиті. p align="justify"> Для запуску двигуна з фазним ротором щітки з'єднують з регулювальними або пусковими реостатами. Ці самі реостати дають можливість знизити пусковий струм, оскільки через них посилюється загальне опір обмотки ротора. p align="justify"> Реостати застосовують для плавного регулювання частоти обертання двигуна, а також у зміні інших робочих характеристик. Список літератури 1. Проектування електричних машин: Підручник для вузів Книга 1. Під редакцією Копилова І.П. Москва: Вища 1993. - 464 с. 2. Електричні машини: Асинхронні машини: Учеб. Для електромех. спец. Вузів/Радін В.І., Брускін Д.Е., Зорохович А. Є.; Під ред. І.П. Копилов-М.: Вища школа, 1988, -328 с. . Кузнєцов М.І. Основи електротехніки. Навчальний посібник. Вид. 10-е, перераб. "Вища школа" Вернуться назад |