Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели

Машину, преобразующую электрическую энергию в механическую, называют электрическим двигателем.

Электрические двигатели, в зависимости от того, какой ток они потребляют, могут быть постоянного и переменного тока. Двигатели переменного тока разделяются на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Наибольшее применение находят асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора 1 и ротора 2. Статор 1 представляет собой неподвижную часть машины, изготовленную из чугунного литья. Внутри статора помещен сердечник из стальных пластин, которые изолированы друг от друга лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. В продольных пазах сердечника статора расположена трехфазная обмотка 3. К статору прикреплены боковые крышки, в которых находятся подшипники вала ротора. На статоре установлен щиток, имеющий шесть зажимов, к которым присоединены начала и концы обмоток каждой фазы. Обмотки статора могут быть подключены к трехфазной сети звездой или треугольником.

Ротор — это подвижная часть машины, изготовленная из стального вала, на который напрессован сердечник из стальных пластин. В пазах сердечника уложены медные прутья 4, приваренные по бокам к медным кольцам. Вид такого ротора напоминает беличье колесо. Асинхронные двигатели, имеющие ротор в виде беличьего колеса, называют двигателями с короткозамкнутым ротором. Обмотку короткозамкнутого ротора часто выполняют из алюминия, который заливают в горячем состоянии в пазы ротора под давлением.

Работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором основана на принципе использования вращающегося магнитного поля, которое образуется в результате действия трехфазного тока, поступающего в обмотку статора. При пересечении обмотки короткозамкнутого ротора магнитными силовыми линиями в ней индуктируются электродвижущая сила и ток. Ток ротора образует собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора, в результате чего создается вращающий момент и ротор начинает вращаться по направлению магнитного поля. Ротор вращается с меньшим числом оборотов в минуту, чем магнитное поле статора. Следовательно, число оборотов вращающегося магнитного поля ротора не совпадает с полем статора. Поэтому такой двигатель называют асинхронным (несовпадающим). Отставание ротора от вращающегося магнитного поля называют скольжением.

Двигатель работает от сети с напряжением 220 и 127 в или 380 и 220 в. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко применяют на многих машиностроительных заводах.

Пуск двигателя и реверсирование. Самый простой способ пуска двигателя — это прямое включение. При таком способе в обмотки статора подается полное напряжение, под действием которого двигатель начинает вращаться. При выключении двигателя обмотка статора отключается от сети. Направление вращения ротора асинхронного двигателя зависит от направления вращения магнитного поля статора. Реверсирование производится переключением двух линейных проводов на статоре двигателя магнитным пускателем. При этом магнитное поле будет вращаться в обратную сторону, увлекая за собой ротор.

Понятие об электрическом приводе. Электрический двигатель с аппаратурой управления, используемый для приведения в движение рабочей машины, называют электрическим приводом. По роду тока электрические приводы могут быть постоянного и переменного тока. Электрические приводы бывают трех типов: групповые, одиночные и многодвигательные.

В групповом электроприводе от одного электродвигателя движение передается группе механизмов или машин через одну или несколько трансмиссий. Групповой электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место одиночному и многодвигательному электроприводу.

Для одиночного электропривода характерно то, что каждая рабочая машина имеет электродвигатель.

В многодвигательном электроприводе отдельные рабочие органы механизма для приведения их в действие снабжены электродвигателями. Многодвигательный электропривод применяется в сложных металлообрабатывающих станках, металлургических прокатных станах и т. п.

Современный электропривод широко автоматизируется. Для управления электроприводом создано огромное количество различных видов полуавтоматической и автоматической аппаратуры (контакторы, реле, путевые выключатели и т. п.), различных типов регуляторов и т. д.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Конструктивные особенности и области применения

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из двух основных элементов: статора (представляет собой неподвижную, внешнюю часть электродвигателя) и ротора (подвижная, расположенная внутри статора часть электрической машины). Каждый из этих элементов состоит, в свою очередь, из сердечника и обмотки. Обмотку статора, которую подключают к сети, можно считать первичной, а обмотку ротора — вторичной.

Сердечник статора собирается из совокупности листов, изготовленных из электротехнической стали и покрытых специальным лаком. Так уменьшаются потери на вихревые токи. В открытых пазах сердечника укладываются трехфазные обмотки, расположенные симметрично под углом 120 градусов.

Ротор представляет собой вал, опирающийся на подшипники, на котором укреплены сердечник и обмотки. Сердечник ротора также выполнен из набора штампованных листов. Обмотка ротора изготовлена из медных или алюминиевых стержней (размещенных в пазах его сердечника), концы которых соединены накоротко с кольцами. Это и есть короткозамкнутая роторная обмотка, внешний вид которой напоминает беличье колесо (рис. 1).

Читать еще:  Двигатель 24д на что заменить

Принцип работы двигателя данного типа состоит в следующем. После подачи напряжения на обмотку статора появляется магнитный поток. Он изменяется с частотой, равной частоте используемого переменного тока. Из-за сдвига потоков в обмотках по времени и в пространстве результирующее поле получается вращающимся. Оно индуцирует ЭДС в проводниках ротора. В результате чего возникают токи, которые взаимодействуют с этим полем. Их взаимодействие создает пусковой момент. Ротор начинает вращаться в направлении вращающегося поля, но с другой частотой. Величину, характеризующуюся относительную разность этих частот, называют скольжением.

Трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель получил наибольшее распространение среди машин подобного типа благодаря своим качествам и конструктивным особенностям:

  • простоте конструкции;
  • высокой надежности и долговечности;
  • отсутствию подвижных контактов;
  • низкой стоимости и универсальности.

Вместе с тем асинхронный двигатель с короткозамкнутым контуром имеет и существенные недостатки:

  • ток, возникающий при пуске, по своему значению превышает номинальный почти в 5–7 раз, что приводит к значительному снижению напряжения в сети;
  • затруднено регулирование числа оборотов ротора;
  • сравнительно небольшой пусковой момент.

Асинхронные электродвигатели бывают различного технологического и конструктивного исполнения. В частности, электродвигатели АИР являются унифицированными для общепромышленных целей. Электродвигатель асинхронный трехфазный АИР имеет разные модификации. АИР представляет собой электродвигатель асинхронный трехфазный, характеристики которого аналогичны параметрам двигателей типа 5АМ, 5АИ, АМУ, 7АИ. Его устанавливают на вентиляторах, насосах, компрессорах и других электромеханических установках.

Что такое в двигателе беличье колесо

ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАТЕПЛОВОЗОВ

Устройство электродвигателя переменного тока

Рассмотрим устройство электродвигателя переменного тока (рис. 179). Магнитопровод (сердечник) статора набирается из тонких штампованных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Сердечник на внутренней поверхности имеет пазы, в которые укладываются изолированные проводники обмотки статора в виде отдельных катушек для каждой фазы. Собранный сердечник с обмоткой устанавливают в станине электродвигателя. Все начала и концы катушек обмотки статора выводят наружу для соединения с внешней цепью и обеспечения реверсирования двигателя.

Ротор двигателя имеет сердечник из штампованных листов электротехнической стали. В пазы ротора укладывается обмотка. В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные электродвигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Простейшим является короткозамкнутый ротор. Короткозамкнутая обмотка выполняется из медных стержней, соединенных по торцам медными кольцами (рис. 180). Такого типа обмотка получила название «беличьей клетки» или «беличьего колеса». Медные стержни нет необходимости изолировать в пазах. Иногда «беличье колесо» выполняется из алюминия,, заливаемого в пазы ротора.

Фазный ротор снабжен обмоткой из изолированного провода, ее концы присоединяют к контактным кольцам

ротора. Через щеточный аппарат обмотка замыкается на пусковой реостат. Пусковой реостат увеличивает сопротивление обмотки ротора. При пуске двигателя с помощью пускового реостата резко снижается сила пускового тока. Пусковой реостат позволяет осуществить плавное регулирование вращения ротора в определенных пределах.

Из опыта эксплуатации тепловозов известно, что одними из наиболее уязвимых частей тяговых двигателей являются изоляция сложной по конструкции якорной обмотки, коллектор, щетки. Нарушения изоляции якоря, повреждения и износ коллектора требуют сложного ремонта тяговых двигателей. Сколотые, разрушенные щетки следует немедленно заменить, так как это может привести к тяжелым повреждениям коллектора, обмоток двигателя. Замену щеток практически можно производить лишь в депо, притирка новых щеток по коллектору весьма трудоемка. Образующаяся при износе и повреждении щеток электрографитовая токопроводящая пыль может вызвать перебросы тока между частями двигателей и их повреждения, поэтому тяговые электродвигатели постоянного тока требуют систематического ухода, очистки и продувки сжатым воздухом.

По сравнению с электродвигателями постоянного тока асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором отличается рядом преимуществ. Действительно, в асинхронных двигателях такого типа ротор имеет простейшую конструкцию. В нем нет тяжелого коллектора,

сложной обмотки, которая должна быть тщательно изолирована; не имеется и капризного в эксплуатации щеточного аппарата. Кроме того, ввиду отсутствия коллектора в асинхронных двигателях не нужны устройства, облегчающие процесс коммутации, в том числе и добавочные полюсы. Максимальная частота вращения ротора не ограничивается допустимой окружной скоростью коллектора. Вращающееся магнитное поле позволяет обеспечить более высокое использование электромагнитных сил в электродвигателе. Поэтому асинхронный двигатель по сравнению с двигателем постоянного тока имеет меньшую массу, для его изготовления расходуется меньше дефицитных материалов.

Рис. 179. Статор трехфазного асинхронного электродвигателя

Рис. 180. Схема обмотки короткозамкнутого ротора («беличье колесо»)

Снижение массы тягового двигателя является весьма важным еще и потому, что приводит к уменьшению воздействия неподрессоренных масс локомотива на железнодорожный путь. Асинхронные двигатели значительно надежнее в эксплуатации, менее трудоемки в обслуживании и ремонте. Как указывалось выше, частота вращения ротора асинхронного двигателя не может достигнуть частоты вращения магнитного потока статора. Благодаря этому асинхронные двигатели не допускают резкого повышения частоты вращения ротора при снятии механической нагрузки. В условиях применения их на тепловозах это означало бы исключение боксо-вания колесных пар со значительным увеличением частоты их вращения.

Читать еще:  Датчик разницы давления в двигателе

Особенно заманчивым казалось использование асинхронных тяговых двигателей на тепловозах с тяговыми генераторами переменного тока. В этом случае вырабатываемый генератором ток может быть непосредственно направлен в асинхронные тяговые двигатели. Главное препятствие на пути внедрения тяговых асинхронных электродвигателей — это трудность регулирования частоты их вращения для изменения скорости движения тепловоза при постоянной частоте вращения и — мощности дизель-генератора.

Ступенчатое регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя достигается путем изменения числа пар полюсов статорной обмотки. Однако применение такого способа регулирования не обеспечивает плавного изменения силы тяги тепловоза и скорости движения, значительно усложняет электрическую схему, так как необходимо производить переключения статорных обмоток двигателей. Использование фазных роторных обмоток двигателей с реостатами во внешней цепи не только усложняет электрическое оборудование тепловоза, но и снижает его к. п. д. вследствие дополнительных потерь энергии.

Для плавного экономичного изменения силы тяги и скорости движения тепловоза с тяговыми двигателями переменного тока необходимо также плавно регулировать частоту электрического тока, подводимого к двигателям. Регулирование частоты переменного тока можно осуществить с помощью дополнительной двигатель- генераторной установки (рис. 181). В этом случае дизель-генератор Д тепловоза работает с постоянной частотой вращения. Генератор Г вырабатывает постоянный ток, который приводит в действие электрический двигатель ЭД дополнительной двигатель-генераторной установки. Тяговый синхронный генератор СГ переменного тока этой установки вырабатывает электрическую энергию для питания тяговых электродвигателей 1 — 3. Регулируя частоту вращения двигателя дополнительной установки можно изменять частоту вырабатываемого тяговым генератором тока в необходимых пределах для обеспечения полного использования мощности дизеля при изменении скорости движения локомотива и частоты вращения якорей тяговых двигателей. Однако легко видеть, что в этом случае на тепловозе потребуется установить дополнительную двигатель-генераторную установку, имеющую большую массу, трудоемкую в ремонте, и применить специальную систему ее автоматического регулирования. Поэтому разработанные проекты тепловозов с такой системой регулирования частоты переменного тока, используемого для асинхронных тяговых двигателей, не были практически реализованы.

Новые широкие возможности преобразования параметров электрического тока открывает применение полупроводниковой техники. Весьма компактные полупроводниковые приборы совместно со специальной системой управления их работой позволяют питать асинхронные тяговые двигатели электрическим током необходимой частоты в зависимости от скорости движения локомотива. Такие статические преобразователи тока значительно компактнее дополнительной двигатель-генераторной установки. В нашей стране и за рубежом разработаны полупроводниковые преобразователи тока для тепловозов.

Созданы и проходят испытания первые опытные образцы тепловозов с тяговыми электродвигателями переменного тока. Однако преобразователи тока еще дороги в изготовлении, недостаточно устойчива их работа.

Потери энергии в преобразователе несколько снижают общий коэффициент полезного действия локомотива. Все это сдерживает применение асинхронных тяговых электродвигателей на тепловозах.

Рис. 181. Структурная схема машинного преобразователя частоты переменного тока для тепловозов

120. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (фиг. 225, 226) является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности.

Устройство асинхронного двигателя следующее. На неподвижной части двигателя — статоре 1 (фиг. 226) размещается трехфазная обмотка 2, питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе 3 двигателя.

Так как в обмотках статора протекает переменный ток, то по стали статора будет проходить переменный магнитный поток. Для уменьшения вихревых токов, возникающих в статоре, его делают из отдельных штампованных листов легированной стали толщиной 0,35 и 0,5 мм. Отдельные листы изолируют один от другого лаком. Листы с выштампованными пазами для обмотки стягивают между собой болтами, изолированными от статора. Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя.

Вращающуюся часть двигателя — ротор 4 собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам 5.

Если представить себе одну обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо» (фиг. 227,а).

В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора (фиг. 227, б).

Вал 6 ротора (фиг. 226) вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором очень прост. Для этого нужно при помощи рубильника (или другого пускового приспособления) включить обмотку статора под напряжение, и ротор начнет вращаться. При пуске двигатель с короткозамкнутым ротором берет из сети пусковой ток в 5—7 раз больший, чем ток, который потребляет двигатель при нормальной работе (номинальный ток).

Читать еще:  Что такое шаговый двигатель в вариаторе

Большие пусковые токи двигателей вызывают большое падение напряжения в сети, что вредно отражается на работе других потребителей.

В момент пуска, когда частота тока ротора равна частоте тока статора, индуктивное сопротивление роторной обмотки велико, угол сдвига фаз между э. д. с. E2S и током ротора I2 также велик. Поэтому пусковой вращающий момент двигателя будет небольшим. Выше было указано, что путем увеличения

активного сопротивления цепи роторной обмотки можно увеличить вращающий момент двигателя. Можно было бы сделать роторную обмотку большего сопротивления, но это вызвало бы большой нагрев обмотки и уменьшение к. п. д. двигателя. Для улучшения пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют двигатели с двумя короткозамкнутыми обмотками на роторе и двигатели с глубоким пазом.

Двигатель с двумя клетками (короткозамкнутыми обмотками) был предложен Доливо-Добровольским. На роторе такого двигателя помещают две клетки (фиг. 228): одну — пусковую, имеющую большое активное сопротивление и малое индуктивное сопротивление, и другую — рабочую, обладающую, наоборот, малым активным сопротивлением и большим индуктивным сопротивлением.

Стержни пусковой клетки изготовляют обычно из марганцовистой латуни. Материалом рабочей клетки служит красная медь. Сечение рабочей клетки делается больше сечения пусковой клетки. В результате подбора материала и сечения клеток сопротивление пусковой клетки получается в четыре-пять раз больше сопротивления рабочей клетки.

Как видно из фиг. 228, б. между стержнями пусковой и рабочей обмоток имеется узкая щель, размеры которой определяют индуктивность нижней рабочей клетки.

Рассмотрим работу двухклеточного двигателя.

В момент пуска двигателя, когда частота токов ротора равна частоте сети, магнитный поток рассеяния рабочей клетки велик И поэтому индуктивность клетки также велика. Благодаря этому сдвиг фаз между током рабочей клетки и э. д. с, индуктированной в ней, будет большим, а момент вращения, создаваемый клеткой, — малым. В результате большого активного сопротивления и малой индуктивности верхней пусковой клетки ток и э. д. с, индуктированные в ней, будут незначительно сдвинуты по фазе и вращающий момент, развиваемый пусковой клеткой, будет большим. Следовательно, при пуске вращающий момент двигателя получается преимущественно за счет пусковой клетки.

С увеличением скорости двигателя частота токов ротора уменьшается, индуктивное сопротивление клеток оказывает на работу двигателя все меньшее влияние и поэтому распределение токов в клетках определяется только их активным сопротивлением. Но как было указано выше, активное сопротивление рабочей клетки в несколько раз меньше сопротивления пусковой клетки. Поэтому при нормальной работе двигателя большая часть тока проходит по рабочей клетке и вращающий момент получается преимущественно за счет рабочей клетки.

На фиг. 229 показана зависимость вращающего момента двухклеточного двигателя от величины скольжения. На диаграмме кривая 1 показывает изменение момента, создаваемого пусковой обмоткой, кривая 2 — изменение момента, создаваемого рабочей обмоткой. Сумма мгновенных значений моментов двух обмоток дает кривую М момента двухклеточного двигателя.

Более простым в изготовлении является ротор, у которого обе клетки заливают алюминием. На фиг. 230 показан внешний вид и частичный разрез ротора с двойной литой алюминиевой клеткой.

Двухклеточный двигатель дороже асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором обычной конструкции на 20—30 0 /. Наши заводы изготовляют двух-клеточные двигатели от 5 до 2000 кВт.

Наряду с двухклеточным двигателем применяются двигатели с глубоким пазом (фиг, 231). Отношение длины паза к ширине берется в пределах 10—12. В момент пуска нижняя часть паза сцеплена с большим числом магнитных линий потока рассеяния, чем верхняя часть паза. Вследствие этого индуктивное сопро-

тивление нижней части паза больше, чем верхней. Это приводит к вытеснению тока ротора в верхнюю часть стержней обмотки. Плотность тока в верхних слоях стержня увеличивается, что равносильно уменьшению сечения стержней и увеличению активного сопротивления обмотки. Это, как известно, приводит к увеличению вращающего момента двигателя. Кроме того, увеличение индуктивного сопротивления обмотки ротора вызывает уменьшение пускового тока. С увеличением скорости двигатель приобретает свойства, соответствующие его нормальной конструкции.

В табл. 17 приведены пусковые характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором нормального исполнения, двухклеточного двигателя и двигателя с глубоким пазом. Пусковые свойства даются в виде отношения пускового тока ІП к номинальному току ІH и в виде отношения пускового момента MІП к номинальному моменту M H.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector