Асинхронная машина

Наибольшее  развитие такие двигатели получили в 30-е годы XX века. В Советском Союзе коллекторные машины переменного тока (к.м.п.т.) не получили сколько-нибудь заметного распространения и развития в силу повышенных требований к изготовлению коллекторно-щеточного узла и общей высокой стоимости. На территорию СССР они проникали в основном в составе приобретенного за границей оборудования и при первой возможности заменялись менее эффективными, но более дешевыми машинами постоянного тока или асинхронными двигателями с фазным ротором. Существующие методики расчета к.м.п.т. разработанные академиком М. П. Костенко (в его учебниках асинхронные машины делятся на коллекторные и бесколлекторные) считают достаточным критерием работоспособности машины проверкой её по условиям коммутации (для сравнения — для двигателя постоянного тока критическим является тепловой расчет).

В настоящее  время двигатель Шраге представляет интерес исключительно как великолепное наглядное пособие для студентов. По словам преподавателя кафедры  электропривода Липецкого технического университета Л. Я. Теличко «лучшей модели, где теорию и практику каскада можно потрогать руками, найти невозможно».

 

Принцип действия

На обмотку  статора подаётся переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создаёт вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в ней ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создаёт вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

Скорость  вращения поля статора

При питании  обмотки статора трёхфазным (в  общем случае — многофазным) током  создаётся вращающееся магнитное  поле, синхронная частота вращения  n₁ [об/мин] которого связана с частотой питающего напряжения сети  f [Гц] соотношением:

                                              

где — число пар магнитных полюсов обмотки статора.

В зависимости  от количества числа пар полюсов  возможны следующие значения частот вращения магнитного поля статора, при  частоте питающего напряжения сети 50 Гц:

n, об/мин
3000	1
1500	2
1000	3
300	10

 

Большинство двигателей имеют 1-3 пары полюсов, реже 4. Большее  число полюсов используется очень  редко, такие машины имеют низкий КПД и коэффициент мощности, однако позволяют очень плавно и медленно вращать ротор двигателя.

 

 

Режимы  работы

Двигательный режим

Если ротор  неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся  магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в  них ЭДС, под действием которой  в обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки (а точнее, на зубцы сердечника ротора), действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор вслед за магнитным полем. Если этот момент достаточен для преодоления сил трения, ротор приходит во вращение, и его установившаяся частота вращения  [об/мин] соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках, вентиляцией и т. д. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать вращающий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство:

 

                                         

 

Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

 

                                          

 

Очевидно, что  при двигательном режиме   

 

 

     

 

 

Генераторный режим

Если ротор  разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт в генераторный режим. При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозным. В генераторном режиме работы скольжение 

 

Для работы асинхронной  машины в генераторном режиме требуется  источник реактивной мощности, создающий  магнитное поле. При отсутствии первоначального  магнитного поля в обмотке статора  поток создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора.

Асинхронный генератор  потребляет реактивный ток и требует  наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов (БСК). Из-за этого, несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном в качестве ветрогенераторов малой мощности, вспомогательных источников небольшой мощности и тормозных устройств. Зато генераторный режим асинхронного двигателя используется довольно часто. В таком режиме работают двигатели эскалаторов метро, которые едут вниз. В генераторном режиме работают двигатели лифтов, в зависимости от соотношения веса в кабине и в противовесе.

Режим холостого хода

Режим холостого  хода асинхронного двигателя возникает  при отсутствии на валу нагрузки в  виде редуктора и рабочего органа. Из опыта холостого хода могут  быть определены значения намагничивающего тока и мощности потерь в магнитопроводе, в подшипниках, в вентиляторе. В режиме реального холостого хода s=0,01-0,08. В режиме идеального холостого хода n2=n1, следовательно s=0 (на самом деле этот режим недостижим, даже при допущении, что трение в подшипниках не создаёт свой момент нагрузки — сам принцип работы двигателя подразумевает отставание ротора от поля статора для создания поля ротора. При s=0 поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора.)

Режим электромагнитного тормоза (противовключение)

Если изменить направление вращения ротора или  магнитного поля так, чтобы они вращались  в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Для режима справедливы неравенства:        

Этот режим  применяют кратковременно, так как  при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.

Для более мягкого  торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при  оборотах, близких к номинальным.

Способы управления асинхронным двигателем

Под управлением  асинхронным двигателем переменного  тока понимается изменение частоты  вращения ротора и/или его момента. Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем:

реостатный — изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент и повышает критическое скольжение;

частотный — изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь;

переключением обмоток со схемы «звезда» на схему  «треугольник» в процессе пуска  двигателя, что даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три  раза, но в то же время снижается и момент;

импульсный — подачей напряжения питания специального вида (например, пилообразного);

введение  добавочной э.д.с согласно или противонаправлено  с частотой скольжения во вторичную  цепь;

изменением  числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для к.з. роторов);

изменением  амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (или действующее значение) управляющего напряжения. Тогда вектора напряжений управления и возбуждения остаются перпендикулярны (автотрансформаторный пуск);

фазовое управление характерно тем, что изменение  частоты вращения ротора достигается  путём изменения сдвига фаз между  векторами напряжений возбуждения  и управления;

амплитудно-фазовый  способ включает в себя два описаных способа;

включение в цепь питания статора реакторов;

индуктивное сопротивление для двигателя  с фазным ротором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Заключение

 

В  ходе  учебной  практики  узнал  много чего интерестного, узнал  про  разные  виды  оборудования, таких как  АП-50, Асинхронный  двигатель  и  их  механизмы, характиристики,  а так же  электрозащитные   средства и их виды.  Во время  учебной  практики  я  узнал  много  нового об  Асинхронном двигателе, о его конструкции и его виды,  принцип  его  действия,  режим его работы  и  т.д. В  ходе  практики  видел  как  он  подключен  к  электро

сети, как  его  отключает, и включают.  В  общем  мне  пригадились  те  знания  что я  получил до этого времени.  Во  время  учебной  практики  узнал  много  чего  нового  от  руководителя  практики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. http:// www.ru.wikipedia.org/

2. http://www.model.exponenta.ru/

3. http://www.electrono.ru/