22 Пуск трехфазных асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Асинхронный трехфазный двигатель с фазным роторомЗадача Асинхронный двигательМинистерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский Государственный Горный Университет" Кафедра электротехники Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором Контрольная работа Группа ОПИ - 13 Студент Кожевников А.О. Преподаватель Стожков Д.С. Екатеринбург 2016 Исходные данные Известны следующие технические данные асинхронного двигателя с фазным ротором, предназначенного для работы в сети с частотой (таблица 1, страница 2):
Таблица 1 – Исходные данные
Продолжение таблицы 1
Выполнение работы Рисунок 1 – Асинхронный трехфазный двигатель с фазным ротором Рисунок 2 – Пуск в ход двигателей с фазным ротором Расчет значений номинального режима асинхронного двигателя Активная номинальная мощность на зажимах статора :
Полная номинальная мощность на зажимах статора :
Реактивная номинальная мощность на зажимах статора :
Номинальное фазное напряжение и сила токастатора при схеме соединения фаз обмотки статора:
Фазная ЭДС неподвижного ротора при схеме соединения фаз обмотки статора:
Частота вращения магнитного поля статора :
Номинальное скольжение
Номинальный момент на валу
Расчет значений электрической схемы замещения фазы обмотки вращающегося ротора
Рисунок 3 – Схема замещения для вращающегося ротора Частота ЭДС в номинальном режиме :
Номинальная фазная ЭДС ротора :
Индуктивное сопротивление рассеяния фазы в номинальном режиме :
Номинальный фазный ток ротора :
Приведенный номинальный фазный ток :
Расчет значений электрической схемы замещения фазы обмотки неподвижного ротора
Рисунок 4 – Схема замещения для неподвижного ротора Фазный ток ротора :
Приведенное значение :
Приведенное значение :
Приведенное значение :
Приведенное значение :
Сравнение значений фазных и приведенных токов вращающегося ротора:
Сравнение значений фазных и приведенных токов неподвижного ротора:
Расчет энергетических параметров номинального режима асинхронного двигателя Суммарные потери :
Постоянные потери :
Переменные потери :
Добавочные потери :
Момент холостого хода :
Полезный момент при номинальной нагрузке :
Номинальный электромагнитный момент :
Номинальная электромагнитная мощность :
Электрические потери в обмотке ротора :
Электрические потери в номинальном режиме :
Электрические потери в обмотке статора :
Проверка мощностей:
Номинальная полная механическая мощность :
Рисунок 5 – Энергетическая диаграмма преобладания активной энергии при работе двигателя в номинальном режиме
Рисунок 6 – Энергетическая схема пуска двигателя Расчет механической характеристики асинхронного двигателя Критическое скольжение с закороченным ротором :
Индуктивное сопротивление короткого замыкания :
Активное сопротивление короткого замыкания :
Момент по формуле Клосса:
Таблица 2 – Механические характеристики двигателя
Рисунок 7 – Механическая характеристика Для заметок Список литературы Абубакиров К.М. Электротехника и электроника часть 2. Электрические машины. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002 – 44 с. http://www.studmed.ru/docs/document20989?view=1– Испытание асинхронного двигателя с фазным ротором studfiles.net 22 Пуск трехфазных асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором.Самым простым способом пуска асинхронных двигателей является прямое включение их в сеть. Однако при этом в момент пуска в цепи двигателя возникает большой пусковой ток, который значительно превышает номинальный. В маломощной сети этот ток может вызвать кратковременное понижение напряжения, что отражается на работе других потребителей энергии, включенных в эту сеть. Поэтому непосредственным включением в сеть запускают только двигатели малой мощности. При запуске двигателя большой мощности необходимо уменьшить пусковой ток. Для уменьшения пускового тока используют ряд способов. Рассмотрим некоторые из них. Запуск двигателей с фазным ротором Запуск двигателя с фазным ротором уже был кратко рассмотрен в разд. 8.5, а применяемая для этого схема включения изображена на рис. 8.7. Двигатели данного типа обладают очень хорошими пусковыми характеристиками. Для уменьшения пускового тока обмотка ротора замыкается на пусковой реостат. При включении реостата в цепь обмотки ротора ток в этой обмотке уменьшается, а следовательно, уменьшается и ток в обмотке статора, а также ток, потребляемый двигателем от сети. Таким образом, при включении активного сопротивления в цепь ротора уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. После достижения ротором нормальной скорости реостат полностью выводится, т. е. обмотка ротора замыкается накоротко. Запуск двигателей с короткозамкнутым ротором Для уменьшения пускового тока можно на время понизить напряжение на зажимах статора, включив для этого последовательно с его обмоткой трехфазное индуктивное сопротивление (рис. 8.9). При пуске замыкается рубильник Р1, и к обмоткам статора последовательно подключаются индуктивности. Это значительно уменьшает пусковой ток. Когда скорость двигателя приближается к номинальной, замыкается рубильник Р2 — он закорачивает катушки индуктивности, и статор включается на полное напряжение сети. Уменьшение пускового тока, вызванное понижением напряжения на статоре, вызывает уменьшение пускового момента пропорционального квадрату напряжения на статоре. Например, при таком пуске уменьшение пускового тока в 2 раза будет сопровождаться уменьшением пускового момента в 4 раза. Для понижения напряжения на статоре вместо индуктивных сопротивлений можно использовать активные сопротивления реостатов, но это менее выгодно, так как связано с дополнительными потерями энергии в реостатах. Мощные двигатели часто запускают с помощью автотрансформатора (рис. 8.10). Следовательно, понижение напряжения автотрансформатором в к раз уменьшает пусковой ток в сети в к2 раз. В то же время пусковой момент, пропорциональный квадрату напряжения, уменьшается в k2 раз. Таким образом, благодаря применению автотрансформатора начальный вращающий момент уменьшается пропорционально линейному пусковому току, тогда как при поглощении части напряжения сопротивлением момент уменьшается пропорционально квадрату пускового тока. Понижение напряжения на статоре на время пуска можно осуществить также посредством временного переключения обмоток статора, нормально работающих при соединении треугольником, на соединение звездой. При пуске обмотки статора соединяются звездой, благодаря чему фазное напряжение уменьшается в корень из 3-х раз. Во столько же раз уменьшается и фазный пусковой ток: Таким образом, переключение на звезду уменьшает пусковой линейный ток в 3 раза: Практически такое переключение выполняется с помощью простого трехполюсного переключателя (рис. 8.11), Этот способ запуска может быть применен для двигателя, обмотки статора которого при питании от сети данного напряжения нормально должны быть соединены треугольником. Общим недостатком способов запуска асинхронных двигателей понижением напряжения на статоре и переключением обмоток статора со звезды на треугольник является значительное снижение пускового момента, который пропорционален квадрату фазного напряжения. Поэтому все эти способы запуска можно использовать только в тех случаях, когда двигатель запускается не под полной нагрузкой. Реверсирование — это изменение направления вращения ротора двигателя. Как известно, направление вращения ротора зависит от направления вращения магнитного поля статора, поэтому для изменения направления вращения ротора следует изменить последовательность фаз (см. разд. 8.3). На практике это осуществляется путем перемены мест любых двух фаз. Для этого часто используют трехполюсные переключатели (рис. 8.12): Трехфазный асинхронный двигательПростота производства, дешевизна, надежность в работе привели к тому, что асинхронный двигатель (АД) стал самым распространенным электродвигателем. Они могут работать как от трехфазной электрической сети, так и от однофазной. Трехфазные асинхронные двигатели применяются: -в нерегулируемых электроприводах насосов, вентиляторов, компрессоров, нагнетателей, дымососов, транспортеров, автоматических линий, кузнечно-штамповочных машин и др.: -в регулируемых электроприводах металлорежущих станков, манипуляторов, роботов, грузоподъемных механизмов, общепромышленных механизмов с изменяющейся производительностью и др. Конструкция трехфазного асинхронного двигателяВ зависимости от способа выполнения обмотки ротора асинхронного двигателя последние разделяются на две группы: двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе и двигатели с фазной обмоткой на роторе. Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе более дешевы в производстве, надежны в эксплуатации, имеют жесткую механическую характеристику, т. е. при изменении нагрузки от нуля до номинальной частота вращения машины уменьшается всего на 2-5%. К недостаткам таких двигателей относятся трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах, сравнительно небольшой пусковой момент, а также большие пусковые токи, в 5-7 раз превышающие номинальный. Указанными недостатками не обладают двигатели с фазным ротором, но конструкция ротора у них существенно сложнее, что ведет к удорожанию двигателя в целом. Поэтому их применяют в случае тяжелых условий пуска и при необходимости плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. В лабораторной работе рассматривается двигатель с короткозамкнутым ротором. Трёхфазный асинхронный двигатель имеет неподвижную часть – статор 6 (рис. 6.1), на котором расположена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле, и подвижную часть – ротор 5 (рис. 6.1), в котором создается электромагнитный момент, приводящий во вращение сам ротор и исполнительный механизм. Сердечник статора имеет форму полого цилиндра (рис. 6.2). Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов он набирается из отдельных, изолированных друг от друга лаковой пленкой листов электротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника расположены пазы, в которые укладывается обмотка статора. Сердечник запрессован в корпус (станину) 7 (рис. 6.1), изготовляемый из чугуна или сплава алюминия. У двигателя с одной парой полюсов обмотка статора выполняется из трех одинаковых катушек, называемых фазами. Каждая фаза обмотки укладывается в противоположные пазы сердечника статора, фазы обмотки сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол и соединены между собой по особым правилам. Начала и концы фаз обмотки статора присоединяются к выводным зажимам клемной коробки 4 (рис. 6.1), что позволяет соединить фазы обмотки статора звездой или треугольником. В связи с этим асинхронный двигатель можно включить в сеть с линейным напряжением, равным Uф обмотки (обмотка статора соединяется треугольником) илиUф (обмотка соединяется звездой).
Рис. 6.1. - Общий вид асинхронного двигателя: подшипники - 1 и 11, вал - 2, подшипниковые щиты - 3 и 9, клёммная коробка – 4, ротор - 5, статор - 6, станина - 7, лобовые части фазной обмотки статора - 8, вентилятор - 10, колпак - 12, ребра - 13, лапы – 14, болт заземление - 15
Рис. 6.2. Рис. 6.3. Ротор 5 (рис. 6.1) состоит из сердечника и короткозамкнутой обмотки. Сердечник ротора 1 (рис. 6.3) набирается из листов электротехнической стали и крепится на валу 2 (рис. 6.3) двигателя, листы изолируются друг от друга окалиной, образующийся в процессе прокатки. Листы ротора имеют пазы, в которых размещаются обмотка. Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе имеют ряд конструктивных исполнений по форме пазов на роторе. Форма пазов ротора выбирается в зависимости от требований к пусковым характеристикам двигателя. Наиболее рациональными для пазов ротора с короткозамкнутой клеткой являются трапецеидальные овальные пазы. Существуют и другие модификации пазов ротора (бутылочного и трапецеидального профиля). Короткозамкнутая обмотка ротора 3 (рис. 6.3) обычно выполняется литой из алюминиевого сплава. В процессе заливки образуются как стержни (проводники) обмотки, расположенные в пазах, так и замыкающие их накоротко кольца, расположенные вне сердечника ротора. Кольца могут быть снабжены вентиляционными лопатками для улучшения вентиляции двигателя и теплоотвода от обмотки ротора. Отсутствие изоляции обмотки ротора обеспечивает хороший отвод тепла от обмотки к сердечнику. Такую короткозамкнутую обмотку ротора, называемую «беличьей клеткой». Вал вращается в подшипниках, укрепленных в боковых щитах 3 и 9 (рис. 6.1), называемых подшипниковыми. Подшипниковые щиты крепятся к станине 7 (рис. 6.1) при помощи болтов. Между ротором и статором асинхронного двигателя имеется воздушный зазор. При выборе воздушного зазора сталкиваются противоречивые тенденции. Минимальный (выбранный по механическим соображениям) воздушный зазор приводит к уменьшению тока холостого хода двигателя и увеличению коэффициента мощности. Однако при малом воздушном зазоре увеличиваются добавочные потери в поверхностном слое статора и ротора, добавочные моменты и шум двигателя. Вследствие роста потерь уменьшается КПД. Поэтому в современных сериях асинхронных двигателей воздушный зазор выбирается несколько большим, чем требуется по механическим соображениям (чтобы ротор при работе не задевал о статор). Принцип действия асинхронного двигателя основан на двух явлениях: образовании вращающегося магнитного поля токами обмотки статора и воздействии этого поля на токи, индуцированные в короткозамкнутых витках обмотки ротора. studfiles.net Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя с фазным роторомСхема подключения двигателя к сети показана на рис. 7.3, а. В отличие от электродвигателя с короткозамкнутым ротором, двигатель с, фазным ротором имеет фазную обмотку на роторе, концы которой выведены на кольца, закрепленные на валу ротора. При замыкании колец накоротко двигатель работает как короткозамкнутый.  Если между кольцами обмотки ротора включить дополнительное активное сопротивление R (как показано на рис. 7.2, а), то механическая характеристика станет более мягкой (рис. 7.2, б, кривая 2), при сохранении той же величины М,(. Чем больше по величине сопротивление R, тем при большем значении s двигатель будет иметь максимальный (критический) момент Мк. При этом изменится и величина пускового момента в сторону увеличения его. Можно подобрать такое значение R, при котором пусковой момент станет равен критическому. Если в процессе работы сопротивление R не будет выведено, то двигатель будет работать при моменте сопротивления, равном номинальному моменту, с частотой вращения ni и скольжением S. При этом пх будет меньше лном (соответственно Si sHom)- Если для данного случая построить скоростную характеристику, то окажется, что при сопротивлении в цепи ротора Rpnт + R пусковой ток меньше, чем при работе двигателя только с сопротивлением R&л (т. е. при работе двигателя с короткозамкнутым ротором). Таким образом, включая в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором различные по величине дополнительные сопротивления, можно увеличить пусковой момент, одновременно уменьшая величину пускового тока, а также получать различную частоту вращения при заданном моменте сопротивления. Указанные особенности асинхронного двигателя с фазным ротором дают возможность применять его в установках, где требуется большой пусковой момент, небольшой пусковой ток и регулирование частоты вращения. Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет ограниченное применение потому, что у него коэффициент мощности меньше, чем у таких же двигателей с коротко- замкнутым ротором, включение дополнительного сопротивления в цепь ротора вызывает неоправданные потери электрической энергии (на нагрев реостата), двигатель имеет искрящие части. alyos.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
