Асинхронные машины

Асинхронная машина — это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными скоростями.

асинхронные двигатели,

Промышленность выпускает асинхронные двигатели на рабочее напряжение от 127 В до 10 кВ, мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Однофазные асинхронные двигатели имеют мощность, как правило, не превышающую 0,5 кВт. Двигатели максимальной мощности изготовляются на напряжение 6-10 кВ. При частоте 50 Гц синхронная частота вращения двигателей различного типа колеблется от 500 до 3000 об/мин.

преобразователя частоты, регулятора напряжения и фазорегулятора.

Асинхронные машины могут работать в режиме генератора. Но асинхронные генераторы как источники электрической энергии не применяются, так как они не имеют собственного источника возбуждения магнитного потока и могут работать только параллельно с другими (синхронными) генераторами, имеющими лучшие показатели.

тахогенераторы).


Рассмотрим процесс получения вращающегося магнитного потока в асинхронном двигателе с тремя фазными обмотками статора, соединенными звездой. На рисунке каждая из этих обмоток представлена в виде одного витка.

Асинхронные машины 1

Асинхронные машины 2 ;

Асинхронные машины 3 ;

Асинхронные машины 4 .

пульсирующим.

i A , iВ

Так как в действительности по обмоткам протекает трехфазная система токов, то очевидно, что суммарный магнитный поток не равен нулю. Для определения характера суммарного магнитного потока необходимо воспользоваться временными зависимостями изменения фазных токов. Видно, что при t =0 ток iA 0 =0, ток Асинхронные машины 5, ток Асинхронные машины 6. В соответствии с этим магнитный поток фазы А ФА =0, а магнитные потоки фаз В и С равны по значению: Асинхронные машины 7. (ФФ m — максимальное значение потока фазы).

23 стр., 11478 слов

Дипломная работа расчет асинхронного двигателя

... асинхронные короткозамкнутые двигатели. Асинхронные двигатели запитаны от сети переменного тока. Главным отличием от синхронной машины является то, что у данного двигателя частота вращения магнитного ... плавной работы является векторное управление асинхронным двигателем, преобразующим электрическую энергию ... возбуждения (потока). Фактически, асинхронный двигатель представляется как двигатель постоянного ...

Так как ток iB 0 отрицателен, то магнитный поток ФB противоположен условному положительному направлению, показанному на рисунке. Ток iС0 положительный, и поток ФС совпадает с условным положительным направлением.

Асинхронные машины 8

Токи в рядом расположенных проводниках В и Z имеют одинаковое направление и создают единый магнитный поток, направление которого определяется по правилу «буравчика». Этот поток замыкается через статор и ротор, охватывая проводники В и Z (рисунок а). То же относится к токам, протекающим по проводам С и Y . Из рассмотрения картины магнитных линий суммарного потока Ф видно, что при t =0 он направлен по вертикали снизу вверх, а его значение в 1,5 раза больше максимального значения фазного потока:

Асинхронные машины 9 .

Через , равное 1/12 периода, т.е. при t1 =Т/12, значения токов в обмотках iAl =iC 1 =+0,5IФ m , iВ1 =-IФ m . Этим значениям токов соответствуют значения, магнитных потоков фаз: ФА =ФС =0,5ФФ m , ФВ =ФФ m .

На рисунке в показаны действительные направления токов в проводах обмоток и магнитных потоков фаз и магнитные линии суммарного потока Ф .

Асинхронные машины 10

Они охватывают провода Z, В, X и A, Y, С соответственно. Из рисунка видно, что магнитные линии суммарного потока повернуты на некоторый угол по часовой стрелке. Сложение магнитных потоков (рисунок г) показывает, что суммарный поток повернулся на 30°, что составляет 1/12 оборота. Значение суммарного потока не изменилось: Асинхронные машины 11.

Асинхронные машины 12

Асинхронные машины 13

д, е, ж, к

t 0 =

вращающимся.

При анализе построений можно прийти к выводу, что направление суммарного магнитного потока всегда совпадает с направлением магнитного потока той фазы, ток в которой в данный момент максимален.

п 1

Асинхронные машины 14

Рассмотрим два проводника ( 1 и 2) обмотки ротора, расположенные диаметрально противоположно на осевой линии магнитного потока, вращающегося с частотой п1 . Согласно правилу правой руки, ЭДС в проводнике 1 направлена «на читателя», а в проводнике 2 — « от читателя».

15 стр., 7203 слов

Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при ...

... двухслойную петлевую обмотку. 4 Расчёт обмоточных данных Обмотка асинхронного двигателя, размещённая в магнитопроводе его статора состоит из трёх самостоятельных фазных обмоток (А, В, С). Обмотка трёхфазной машины ... шага, а следовательно, компенсации высших гармоник магнитного потока. Ограничение возможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу. Более трудоёмкое изготовление и ...

Проводники обмотки ротора (как короткозамкнутого, так и фазного) образуют замкнутую цепь, и под действием ЭДС по ним протекает ток ротора, направление которого показано на рисунке б. Ток ротора создает магнитный поток ротора Ф2 , направление которого определяется правилом «буравчика». Этот магнитный поток складывается с магнитным потоком статора Ф1 и образует суммарный магнитный поток Ф (рисунок в). Суммарный магнитный поток, деформированный относительно проводника ротора, создает силу F, действующую на проводник, направление которой можно определить по правилу левой руки. Если рассматривать другие проводники обмотки ротора, то можно видеть, что на все проводники, расположенные под северным полюсом статора, действует сила F, аналогичная действующей на проводник 1 , а на проводники, расположенные под южным полюсом статора, — аналогичная действующей на проводник 2. Образуется пара сил, под действием которой ротор вращается с некоторой частотой п2 .

п 2

В рассмотренном ранее двигателе трехфазной системой токов статора создавался магнитный поток с одной парой полюсов ( р= 1).

Этот магнитный поток за время одного периода Т совершал один оборот, т.е. поворачивался на угол, соответствующий одной паре полюсов.

Обмотка статора может быть уложена в пазы так, что пар полюсов будет две, три или больше ( р =2, 3,.).

В действительности число пазов всегда значительно больше и в каждом пазу находится много проводников, образующих большое число последовательно или параллельно соединенных витков.

Асинхронные машины 15

Если рассмотреть развертку внутренней поверхности такого статора с проводниками, уложенными в пазах (рисунок б ), схему соединения проводников обмотки и направление токов в них для момента времени t3 , когда ток iA положительный, а токи iв и ic отрицательные, то видно, что направление тока в каждых трех соседних проводниках одинаково (тройки 3, 4, 5; 6, 7, 8; 9, 10, 11; 12, 1,2), а созданный токами статора магнитный поток имеет две пары полюсов (р = 2).

За время одного периода магнитный поток двухполюсного двигателя повернется на половину оборота, так как одна пара полюсов занимает половину окружности статора. В общем случае, когда двигатель имеет р пар полюсов, магнитный поток совершит 1/р оборота за период Т. В каждую секунду имеем f периодов. Следовательно, магнитный поток совершит f/p оборотов в секунду. В технике принято определять частоту вращательного движения числом оборотов в минуту. Получаем выражение для частоты вращения магнитного потока статора в следующем виде:

Асинхронные машины 16

12 стр., 5539 слов

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

... Плотность тока в обмотке статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Магнитное напряжение воздушного зазора. Источник [Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/asinhronnyiy-dvigatel-s-korotkozamknutyim-rotorom-2/ Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором — диплом по физике Тип: ...

Частота вращения магнитного потока зависит от частоты приложенного к обмоткам статора напряжения и числа пар полюсов, создаваемых обмоткой статора. В нормальных условиях эксплуатации электроустановок частота f поддерживается постоянной. Для двигателя число пар полюсов также постоянно. Поэтому частота вращения магнитного потока оказывается постоянной, а так как она определяется частотой напряжения сети, ее называют синхронной частотой вращения.

Большинство асинхронных двигателей работает при промышленной частоте f =50 Гц, которая постоянна. Поэтому для них существует шкала синхронных частот вращения, определяемых как

Асинхронные машины 17

При р, равном 1, 2, 3, 4, 5, 6, частота n1 соответственно равна 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

Чтобы возникали сила F и вращающий момент, действующий на ротор, частота его вращения должна быть п2 <n1 . Степень отставания ротора от вращающегося магнитного потока называется скольжением асинхронного двигателя. Скольжение обозначают s и выражают в относительных единицах или в процентах:

Асинхронные машины 18 или Асинхронные машины 19

п 2

В режиме двигателя скольжение s изменяется от 0 до 1. При пуске двигателя п2 = 0 и s =1. При номинальной нагрузке для современных двигателей s =0,03÷0,06=3÷6%. В паспорте двигателя указывают номинальную частоту вращения ротора, отличающуюся от синхронной на 3÷6%. По этим данным всегда легко определить число пар полюсов двигателя. Например, если п2 = 1450 об/мин, то, n1 =1500 об/мин, s =3,3%, а р =2.

Р 1 =I1 U1 соsφ1

Асинхронные машины 20

Р пс1

Асинхронные машины 21

Р эм

Асинхронные машины 22

Асинхронные машины 23

п 2

Асинхронные машины 24

Коэффициент полезного действия двигателя

Асинхронные машины 25

Максимального значения КПД двигателя (как и в трансформаторе) достигает при нагрузке, близкой к номинальной. Двигатели малой и средней мощности имеют номинальный КПД пределах 70÷90%, двигатели большой мощности имеют КПД ~94÷96%.

п 2

Асинхронные машины 26

М тах :

Чтобы двигатель начал вращаться под нагрузкой, необходимо, чтобы его пусковой момент был больше пускового момента приводимого во вращение механизма. Двигатель разгоняется в соответствии с механической характеристикой: разгон начинается с точки с, затем проходится точка b и двигатель оказывается в установившемся режиме, т.е. вращается с частотой n2 на участке a-b в точке, соответствующей условию М =Мт (где Мт — тормозной момент).

10 стр., 4583 слов

Гистерезисный двигатель

... во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется ассинхронным, т.к. частота вращения ...

Таким образом, точки характеристики на участке b-с соответствуют разгону, а рабочим участком является участок a-b, на котором при изменении вращающего момента от 0 до Мm ах частота вращения двигателя меняется мало. Такая механическая характеристика называется жесткой характеристикой.

Асинхронные машины 27

n 2 =

М=М Т

Двигателю с фазным ротором соответствует семейство механических характеристик (рисунок б). Обычно работа двигателя соответствует зависимости с Rд =0. Эта характеристика аналогична характеристике двигателя с короткозамкнутым ротором и называется естественной.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики 1

М ном

Скольжение s ротора связано с п2 следующим образом:

s = (n1 -п2 ) /п1 =1-n2 /n1 /

Р 2

М 2 =P2

I 1

I 1


1. Физика. 11 класс: Учебник для школ и классов с углубленным изучением физики; Под ред.А. А. Пинского, М-во образования РФ. — М.: Просвещение, 2003. — 432 с. — Заключ.: с.416. — Предметно-именной указ.: с.427-4

2. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике: С указателем русских терминов: Около 45 000 терминов. — М.: РУССО, 2003. — 616 с.

  • Электрические машины: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по спец. «Электротехника»;
  • Рец. Е.П. Рудобаба, М-во образования РФ. — М.: Высшая школа, 2003. — 470 с. — Библиогр.: с.456. — Предметный указ.: с.457-462
  • Электротехника: Основные положения, примеры и задачи: Учебное пособие для студентов вузов по дисциплине «Электротехника». — СПб.: Лань, 2002. — 192 с. — Библиогр.: с.188
  • Электротехника: Учебное пособие для студентов физических и индустриально-педагогических факультетов педагогических институтов и университетов; Аблин А.Н., Ушаков М.А., Фестинатов Г.С., Хотунцев Ю.

Л.; Под ред. Ю.Л. Хотунцева. — М.: Агар, 2002. — 432 с.

  • Основы теории цепей: учебное пособие для студентов, бакалавров и аспирантов вузов (ун-тов связи), инженерно-технических работников;
  • рец.: И.Н. Добротворский и др., УМО вузов России по. — М.: РадиоСофт, 2002. — 288 с. — Заключ.: с.280. — Предметный указ.: с.281-283
  • Метрология, стандартизация и технические измерения: Лабораторный практикум для студентов специальностей 110300, 110500, 110700 и 330200;
  • А.М. Беленький и др.;
  • Каф. теплофизики и экологии металлургического производства МИСиС. — М.: МИСиС, 2001. — 89 с. — Библиогр. в конце лаб. работ.