4h4-auto.ru

4х4 Авто
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пуск и регулирование скорости вращения трехфазного асинхронного двигателя

Пуск и регулирование скорости вращения трехфазного асинхронного двигателя

Пуск двигателей сопровождается резким скачком тока, что может вызвать колебания напряжения сети и неблагоприятно отразиться на работе соседних потребителей энергии. Существует несколько способов пуска. Наиболее распространенный — это прямой пуск, когда обмотка статора включается на полное напряжение сети. При этом допустимый пусковой ток может превышать номинальный ток двигателя в 4…7 раз. Процесс пуска проходит достаточно быстро (несколько секунд) и такой большой ток не вызывает разрушения двигателя и нарушения нормальной работы питающей сети. Если прямой пуск невозможен (пусковой ток превышает допустимый или падение напряжения в сети при пуске более 30%, ∆U > 30% от UH), то используются способы пуска от пониженного напряжения (автотрансформаторный, реакторный, переключением обмотки статора со "звезды" на "треугольник").

При этом следует помнить, что при снижении напряжения (любым из перечисленных способов) пусковой момент уменьшается в квадратичной зависимости, т. е МU 2 .

Пуск двигателей с фазным ротором осуществляют введением в каждую фазу ротора добавочного активного сопротивления. Пусковой момент асинхронного двигателя пропорционален активному сопротивлению фазы ротора; МПr2. Поэтому такой пуск обеспечивает большой пусковой момент, снижает пусковой ток, что особенно важно для двигателей большой мощности. По мере разгона ротора двигателя добавочные активные сопротивления выводятся из цепей ротора, т. е. пусковой реостат рассчитывается на время пуска (кратковременная работа). Обычно пусковой реостат имеет одну, две или три ступени.

Скорость вращения двигателей с короткозамкнутым ротором регулируют либо изменением частоты питающего напряжения (двигатель или группа двигателей питается от преобразователя частоты), либо изменением числа пар полюсов (переключением схемы обмотки статора). В обоих случаях изменяется скорость вращения магнитного поля, однако в первом случае ее можно изменять плавно, а во втором — только ступенчато (1500 — 750 об/мин, 1000 — 500 об/мин).

Скорость вращения ротора двигателя с контактными кольцами регулируют изменением активного сопротивления обмотки ротора (введением добавочного сопротивления).

Пример 1

Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором РН = 0,55 кВт, номинальное напряжение при соединении обмотки статора в звезду UH = 380 В, номинальная частота вращения nH = 1370 об/мин, номинальный КПД ηН = 70,5%, номинальный коэффициент мощности cosφH = 0,7. Кратность пускового тока

kП = IП/IН = 6,5, перегрузочная способность двигателя km = Мm/МН = 1,8.

Определить: потребляемую мощность Р, номинальный и максимальный вращающие моменты, пусковой ток, номинальное и критическое скольжения. Построить механическую характеристику M = f(s).

Решение

Мm = km·МН = 1,8·3,83 = 6,9 Н·м.

Номинальный и пусковой токи

Номинальное и критическое скольжения

Механическая характеристика M = f(s) строится по уравнению

Задаваясь скольжением от s = 0 до s = 1, рассчитываем момент двигателя. Графическая зависимость показана на рис. 2.3.

Варианты контрольных заданий для задачи №1

Условие задачи №1

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором включён в сеть с номинальным напряжением UH = 380 B и частотой f = 50 Гц. Обмотка статора соединена в звезду. Данные двигателя приведены в таблице 1.

Определить: потребляемую мощность, номинальный и максимальный моменты, пусковой ток, номинальное и критическое скольжения. Построить механическую характеристику M = f(s).

Таблица 1 — Номинальные данные двигателей

№ вариантаРН кВтnH об/минηcosφHIП/IHМmН
0,090,60,73,52,2
0,120,630,73,52,2
0,180,660,762,2
0,250,680,772,2
0,370,70,864,52,2
0,550,730,864,52,2
0,750,770,875,52,2
1,10,7750,875,52,2
1,50,810,856,52,6
2,20,830,876,52,6
0,8450,886,52,5
0,8650,897,52,5
5,50,8750,917,52,5
7,50,8750,887,52,8
0,880,97,52,8
0,880,912,2
18,50,8850,922,2
0,9050,917,52,5
0,90,97,52,5
0,910,897,52,5
0,910,97,52,5
0,910,927,52,5
0,920,897,52,5
0,910,97,52,5
0,9150,892,2
0,920,892,2
0,9250,91,9
0,9250,91,9
0,9250,91,9
0,930,911,9
0,060,50,62,52,2
0,090,550,62,52,2
0,120,630,663,52,2
0,180,640,643,52,2
0,250,680,642,2
0,370,680,682,2
0,550,7050,74,52,2
0,750,720,734,52,2
1,10,750,812,2
1,50,770,832,2
2,20,80,832,4
0,820,832,4
0,840,842,4
5,50,8550,852,2
7,50,8750,867,5
0,8750,877,5
0,8850,882,3
18,50,8950,882,3
0,90,96,52,3
0,910,896,52,3

Вопросы для самоконтроля

1. Устройство асинхронных двигателей.

2. Как выполняется магнитопровод двигателя?

3. От чего зависит частота вращения магнитного поля статора?

4. От чего зависит скольжение и в каких пределах оно изменяется в двигательном режиме работы?

5. Какова частота токов в роторе при установившемся режиме?

6. Изобразите механическую характеристику М = f (s) двигателя и покажите на ней пусковой, максимальный и номинальный моменты?

7. Как влияет величина питающего напряжения на вращающий момент двигателя?

8. Что показывают механические характеристики двигателя?

9. Перечислите преимущества двигателя с фазным ротором по сравнению с короткозамкнутым двигателем.

Читайте так же:
Регулировка колес угол наклона

10. 0. Как осуществляется пуск асинхронных двигателей?

11. Назовите допустимые значения пускового тока короткозамкнутого двигателя.

12. Начертите простейшую схему управления 3 х фазным асинхронным двигателем.

13. Как осуществляется реверсирование двигателя?

14. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами.

Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя осуществляется по роду тока и напряжения, конструктивному исполнению, мощности и режимам работы. Наиболее простыми в эксплуатации и надежными в работе являются асинхронные двигатели, применяемые для электроприводов промышленных рабочих механизмов. Однако такие двигатели не могут обеспечить достаточный диапазон регулирования частоты вращения.

Синхронные двигатели применяются для рабочих механизмов с продолжительным режимом работы, не требующих частых пусков и регулирования частоты вращения.

Двигатели постоянного тока применяются реже и в тех случаях, когда двигатели переменного тока не обеспечивают необходимых характеристик рабочего механизма (обычно при регулировании частоты вращения в широких пределах).

Выбор по конструктивному исполнению учитывает условия эксплуатации электропривода, под которыми следует понимать воздействие климатических факторов окружающей среды, способ охлаждения и особенности монтажа двигателя. Различают несколько типов конструкции двигателей: открытого, защищенного, закрытого. В сырых помещениях применяются защищенные двигатели со специальной влагостойкой изоляцией. Во взрывоопасных помещениях, содержащих горючие пары или газы, устанавливаются взрывозащищенные двигатели.

Правильный выбор мощности двигателя для привода должен удовлетворять требованиям экономичности, производительности и надежности рабочего механизма. Установка двигателя большей мощности, чем это необходимо по условиям привода, вызывает излишние потери энергии, увеличение габаритов двигателя и требует дополнительные капвложения. Установка двигателя недостаточной мощности снижает производительность рабочей машины и делает ее работу ненадежной, а сам двигатель в подобных условиях может легко выйти из строя.

Двигатель должен быть выбран так, чтобы его мощность использовалась, возможно, полнее. Во время работы двигатель должен нагреваться до предельно допустимой температуры, но не выше ее. Кроме того, двигатель должен нормально работать при возможных временных перегрузках и развивать пусковой момент, требуемый для данного рабочего механизма. Мощность двигателя выбирается в большинстве случаев на основании условий нагрева, а затем осуществляется проверка соответствия перегрузочной способности двигателя условиям пуска машины и временным перегрузкам.

Нагрев электродвигателя определяется режимом его работы, т. е. соотношением длительности периодов работы и пауз между ними, частотой включения двигателя. В зависимости от времени включения двигателя, соотношения продолжительности работы и пауз, а также от характера изменения нагрузки различают три режима работы электродвигателей: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный.

Продолжительный режим работы (условное обозначение S1) – это режим работы такой длительности, когда при практически неизменной нагрузке и температуре окружающей среды двигатель нагревается до установившегося значения. В таком режиме работают электроприводы компрессоров, вентиляторов, дымососов, конвейеров непрерывного транспорта и т. д.

Кратковременный режим (условное обозначение S2) – это режим работы, при котором периоды нагрузки чередуются с периодами отключения (пауз) двигателя. Причем за время работы температура частей двигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз двигатель охлаждается до температуры окружающей среды.

Повторно-кратковременный режим (условное обозначение S3, S4, S5) – это такой режим работы, при котором периоды работы чередуются с паузами, причем ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Двигатели, выпускаемые промышленностью для такого режима работы, характеризуются продолжительностью включения (ПВ), которая устанавливается по продолжительности одного цикла работы

где tp – время работы двигателя; tп – время паузы.

ПВ стандартизованы и составляют 15, 25, 40, 60, 100 %. Значение ПВ указывается на паспорте двигателя. К механизмам с повторно-кратковременным режимом работы можно отнести металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки, краны, прокатные станы и т. д.

Электродвигатели

Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (беличья клетка). Обмотка статора (обмотка возбуждения) питается от сети переменным током – образуется вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в обмотках ротора ток. На проводники с током обмотки ротора со стороны магнитного поля обмотки возбуждения действуют электромагнитные силы — образуется вращающий момент, увлекающий ротор за магнитным полем. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля статора (поэтому электродвигатель и называется асинхронным), в противном случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю и магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и создавать крутящий момент.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Обмотки ротора выводятся на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включается пускорегулирующий реостат. Увеличивая сопротивление реостата в момент пуска, можно увеличить пусковой момент и снизить пусковой ток.

Синхронные электродвигатели

Обмотка статора (якорная обмотка) питается от сети переменным током – образуется вращающееся магнитное поле. На роторе находится индукторная обмотка, выведенная на контактные кольца. При пуске обмотки ротора закорачиваются накоротко или через реостат, и двигатель разгоняется в асинхронном режиме. После выхода на скорость, близкую к номинальной, индуктор запитывается постоянным током — создаётся постоянное магнитное поле, которое сцепляется с магнитным полем статора и начинает вращаться с ним синхронно (двигатель входит в синхронизм).

Режимы работы асинхронного двигателя

  • Двигательный

Электродвигатель преобразует электрическую энергию, потребляемую из сети, в механическую.

Читайте так же:
Регулировка подачи топлива на триммере

Асинхронный двигатель переходит в генераторный режим, если ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля – на валу появляется тормозной момент. В этом режиме электродвигатель преобразовывает механическую энергию в электрическую и отдаёт её в сеть.

Асинхронный двигатель переходит в режим электромагнитного тормоза, если ротор и магнитное поле статора вращаются в разные стороны — на валу появляется тормозной момент, но двигатель при этом продолжает потреблять электроэнергию из сети — вся потребляемая энергия идёт на нагрев двигателя.

Способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя

  • Реостатное

В цепь ротора (двигателя с фазным ротором) вводятся добавочные сопротивления — механическая характеристика двигателя становится мягче (ухудшается устойчивость работы, увеличивается скольжение), скорость снижается, при этом увеличивается пусковой момент и сохраняется перегрузочная способность.
Недостатки: большие потери на реостате, скорость меняется скачками.

В многоскоростных двигателях, по-разному коммутируя обмотки статора, можно менять число пар полюсов, а значит и скорость вращения вала, т.к. скорость вращения магнитного поля пропорциональна числу пар полюсов. При этом способе сохраняется КПД и жёсткость механических характеристик, но снижается перегрузочная способность (которую можно сохранить, изменяя напряжение).
Недостатки: ступенчатое регулирование, высокая цена, большие габариты.

Для этого способа регулирования применяются преобразователи частоты. Если при изменении частоты сохранять неизменным магнитный поток (а для этого мы должны поддерживать постоянным соотношение U/f), то мы получаем семейство механических характеристик с одинаковой жёсткостью и перегрузочной способностью.
Преимущества: плавность регулирования, отличные экономические характеристики, возможность увеличивать частоту выше 50 Гц (частоты сети).

Как выбрать электродвигатель

Обмотка ротора

  • Короткозамкнутый ротор (беличья клетка)
  • Фазный ротор: обмотка ротора выведена на контактные кольца, вращающиеся с валом двигателя. С помощью металлографитовых щёток в цепь ротора включается пуско-регулирующий реостат. С помощью этого реостата можно уменьшить пусковой ток и регулировать скорость вращения вала двигателя.

Обмотка статора, напряжение питания

Обмотка статора может быть соединена по схеме «звезда» или «треугольник».
Если на шильдике двигателя написано: 220/380, D/Y, то это значит, что двигатель можно включать в сеть с Uл = 220 В по схеме «треугольник», а с Uл = 380 В — по схеме «звезда».

Для IEC двигателей стандартное напряжение — 230/400 В, а для отечественных — 220/380 В.

Типоразмер

Типоразмер или габарит (Frame size) — это расстояние в миллиметрах «от пола» до оси вала двигателя. Типоразмеры отечественных двигателей (ГОСТ) и импортных (IEC, NEMA) в общем случае не совпадают: наши двигатели ниже, чем импортные той же мощности.

Материал корпуса (станины)

  • Алюминий (Aluminium)
  • Чугун (Cast Iron).

Коэффициент полезного действия (Efficiency)

КПД η равен отношению механической мощности на валу двигателя P2 к потребляемой из сети электрической мощности P1.

Выходная мощность меньше входной на величину потерь.

Класс энергоэффективности

  • EFF1 (High Efficiency motors)
  • EFF2 (Improved Efficiency motors)
  • EFF3 (Conventional Efficiency motors).

Монтажное исполнение

  • Лапы (Foot) литые с корпусом или прикручиваемые
  • Фланцы (Flange) с врезными отверстиями (малые фланцы) или со сквозными (большие фланцы)
  • Комбинированные — лапы и фланец.

Класс защиты корпуса двигателя IP

Стандартная степень защиты электродвигателей — IP55.

Скорость вращения

Скорость вращения магнитного поля двигателя (синхронная скорость):
n1 = 60f / p [об/мин],
где p — число пар полюсов двигателя,
f — частота сети (50 Гц).

  • 2 полюса — 3000 об/мин
  • 4 полюса — 1500 об/мин (стандарт)
  • 6 полюсов — 1000 об/мин
  • 8 полюсов — 750 об/мин
  • 10 полюсов — 600 об/мин
  • 12 полюсов — 500 об/мин.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя меньше скорости вращения магнитного поля:
n2 = n1(1 — s),
где s — скольжение.

Многоскоростные электродвигатели — это двигатели, у которых ступенчатое изменение скорости реализовано с помощью переключения числа пар полюсов.

Температура окружающей среды и высота над уровнем моря

При установке двигателя выше 1000 метров над уровнем моря и при эксплуатации при повышенной температуре окружающей среды необходимо учитывать снижение (Derating) мощности двигателя (для этого есть специальные таблицы).

Класс нагревостойкости изоляции

  • B — 130° С
  • F — 150° С (достаточно для работы от преобразователя частоты)
  • H — 180° С

Номинальные характеристики двигателя для всех классов изоляции указываются для температуры охлаждающей среды +40°С.

Режим нагрузки (Duty)

  • S1 — продолжительный: двигатель работает при установившейся температуре
  • S2 — кратковременный: двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, но во время остановки успевает полностью охладиться
  • S3 — повторно-кратковременный: работа с постоянной нагрузкой чередуется с выключениями, при этом двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S4 — повторно-кратковременный с длительными пусками: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S5 — повторно-кратковременный с длительными пусками и электрическим торможением: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S6 — перемежающийся: работа с постоянной нагрузкой чередуется с работой на холостом ходу, при этом двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S7 — перемежающийся с длительными пусками и торможениями: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры
  • S8 — перемежающийся с периодическим изменением скорости вращения: двигатель не успевает ни нагреться, ни охладиться до установившейся температуры

Тепловая защита двигателя

  • PTC-термисторы — это резисторы, сопротивление которых мгновенно возрастает при достижении заданной температуры. От 1 до 3 термисторов соединяются последовательно для сигнализации температуры отключения (Trip), например, 155°C. Ещё одна цепочка термисторов может быть настроена на сигнал предупреждения (Alarm), например, 145°C.
  • PT100 — платиновые датчики температуры обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения. PT100 подключаются по 2-х, 3-х или 4-х проводной схеме (чем больше проводов — тем меньше влияние помех).
    От 3 до 6 датчиков PT100 могут устанавливаться в обмотку статора.
    Для измерения температуры подшипников могут быть использованы ещё 2 датчика PT100.
  • KTY — кремниевые термодатчики с положительным коэффициентом сопротивления, характеризуются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.
Читайте так же:
Схема простого зарядного для акб с регулировкой тока

Сервис-фактор

Двигатель с сервис-фактором 1.1 может постоянно работать с перегрузкой 10% от номинального выходного момента.

Класс по моменту (Torque class)

Класс по моменту показывает кратность пускового момента (при прямом пуске от сети) при пониженном на 5% напряжении:

  • Класс 16 — 160%
  • Класс 13 — 130%
  • Класс 10 — 100%
  • Класс 7 — 70%
  • Класс 5 — 50%

Коэффициент мощности cos φ

Коэффициент мощности (cos φ) равен отношению потребляемой двигателем активной мощности к полной мощности.
Активная мощность расходуется на совершение полезной работы.
Полная мощность равна геометрической сумме активной и реактивной мощности.
Реактивная мощность расходуется на намагничивание двигателя.

Антиконденсационный нагрев

Для того, чтобы перед пуском двигателя в сыром помещении просушить обмотки есть два способа:

  • Использовать двигатель со специальным встроенным нагревателем
  • Подать на одну обмотку статора напряжение от 4 до 10% номинального (чтобы пропустить ток от 20 до 30% от номинального), что достаточно для испарения конденсата (применимо не для всех двигателей). Некоторые преобразователи частоты умеют это делать.

Охлаждение

  • Поверхностное охлаждение (Non-ventilated: вентилятора нет)
  • Самовентиляция (Self-ventilated: вентилятор на валу двигателя)
  • Принудительное охлаждение (Forced cooling: независимый вентилятор или жидкостное охлаждение водой или маслом)

Для турбомеханизмов (вентиляторы и насосы, для которых момент на валу пропорционален квадрату скорости), как правило, достаточно самовентиляции.
Двигатели, которые работают от преобразователей частоты с постоянным моментом длительное время на низких скоростях, необходимо или переразмеривать, или обеспечить принудительным охлаждением.

Вентилятор

  • Пластиковый
  • Металлический
  • Металлический с увеличенным моментом инерции

Требования к двигателю при работе от преобразователя частоты

  • Температурный класс изоляции не ниже F
  • Возможно принудительная вентиляция (см. выше)
  • Изолированный подшипник с нерабочей стороны вала (рекомендуется для типоразмеров 225 и выше)

Подшипники

При работе от преобразователя частоты на частотах выше 50 Гц срок службы подшипников уменьшается.

У одних двигателей с рабочей стороны вала установлен плавающий подшипник (Floating bearing), а с нерабочей стороны подшипник зафиксирован (Located bearing). У других — наоборот (для сочленения с редуктором, например).

В стандартном исполнении подшипники подпружинены в аксиальном направлении (вдоль вала) для обеспечения равномерной работы двигателя. У двигателей с радиально-упорными подшипниками такой пружины нет, поэтому радиальное усилие (перпендикулярно валу — от ремня, например) должно быть приложено постоянно, иначе подшипник быстро выйдет из строя.

Смазка

Как правило, для двигателей с типоразмерами до 250, работающих в номинальном режиме, смазка рассчитана на весь срок службы подшипников.
Для пополнения смазки у двигателя должен быть предусмотрен специальный ниппель.

Вал двигателя

У двигателя может быть выведен второй конец вала двигателя, который может передавать как номинальный, так и меньший момент.
Второй конец вала несовместим с такими опциями как: датчик скорости и вентилятор принудительного охлаждения, а, возможно, и с тормозом.

Тормоз

При выборе тормоза необходимо учесть:

  • Тип:
    • статический (удерживающий тормоз срабатывает только при неподвижном вале)
    • динамический (можно регулировать момент торможения, меньше изнашивается в случае аварийного торможения)

    Датчик скорости

    Датчик скорости может находится герметично внутри корпуса (Incapsulated) или снаружи под защитной крышкой.

    Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

    Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

    Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

    Конструкция

    В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

    Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

    Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

    Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

    Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

    Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

    Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

    Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

    Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

    Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

    Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

    В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

      ;
    • двухфазные;
    • трёхфазные.

    Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

    Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

    В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

    Принцип работы

    Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

    Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

    В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

    Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

    s = 100% * ( ns / n1) = 100% * (n1 — n2) / n1 , где ns частота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

    С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

    Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

    Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

    Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

    Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

    Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

    Кривая крутящего момента скольжения

    Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

    При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

    Преимущества и недостатки

    Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

    • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
    • высокой надёжностью в эксплуатации;
    • низкие эксплуатационные затраты;
    • долговечностью функционирования без обслуживания;
    • сравнительно высокими показателями КПД;
    • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

    Из недостатков можно отметить:

    • высокие пусковые токи;
    • чувствительность к перепадам напряжений;
    • низкие коэффициенты скольжений;
    • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
    • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

    Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

    Основные технические характеристики

    В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

    В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

    Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

    Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

    КПД от 66% до 83%.

    Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

    Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

    Подключение

    Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

    Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

    Схемы включения понятны из рисунка 4.

    Схемы подключения

    Рис. 4. Схемы подключения

    Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

    Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

    С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

    Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

    ads

    Управлять асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором можно посредством контакторов. При использовании маломощных электродвигателей, для которых нет необходимости ограничивать пусковой ток, запуск производится при действующем напряжении.

    Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.

    Простейшая схема асинхронного двигателя

    Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя

    Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.

    Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF.
    Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:

    • от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
    • от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
    • нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).

    Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.

    Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

    Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.

    Схема управления асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

    Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

    Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

    Реверсивный пуск асинхронного двигателя

    Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором

    Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

    Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).

    В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector