Общие сведения и конструкция асинхронного двигателя
Гл.5 Асинхронные машины
Общие сведения и конструкция асинхронного двигателя
Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.
Буква "а" здесь играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся магнитным полем статора.
Создателем этой простой по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер М.О. Доливо-Добровольский. Асинхронный двигатель, впервые разработанный в 1889 году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней.
В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее этому же автору.
Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.
Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор (рис. 5.1.1). Статор и ротор разделены воздушным зазором от 0,1 мм до 1,5 мм. Пакет статора c целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали. На внутренней полости статора имеются пазы, в которые укладываются провода обмотки. Листы статора перед сборкой в пакет изолируют слоем лака или окалины, полученной при их отжиге.
В пазы статора укладывают обмотку, которая в простейшем случае состоит из трех катушек - фаз, сдвинутых в пространстве на 120 эл. градусов. Ротор асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. На поверхности ротора имеются продольные пазы для обмотки. Листы сердечника ротора специально не изолируют, т.к. в большинстве случаев достаточно изоляции от окалины.
В зависимости от типа обмотки роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.
Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой медные стержни, забитые в пазы. С двух сторон эти стержни замыкаются кольцами. Соединения стержней с кольцами осуществляется пайкой или сваркой (рис. 5.1.2).
Чаще всего короткозамкнутую обмотку выполняют расплавленным, алюминием и литьем под давлением. При этом вместе со стержнями и кольцами отливаются и лопатки вентилятора.
Двигатели большой мощности имеют на роторе фазную обмотку. Конструкция ее аналогична обмотке статора. Концы этой обмотки выведены на контактные кольца. С помощью этих колец и токосъемных щеток к обмотке ротора подключают дополнительные сопротивления.
ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАШИНЫ
На статоре трехфазного двигателя расположены 3 обмотки (фазы), которые смещены в пространстве по отношению друг к другу на 120 эл. градусов. Токи, подаваемые в фазные обмотки, отодвинуты друг от друга во времени на 1/3 периода (рис. 5.2.1.).
Используя график изменения трехфазного тока, проставим на нем несколько отметок времени; tl, t2, t3,...tn. Наиболее удобными будут отметки, когда один из графиков пересекает ось времени.
Теперь рассмотрим электромагнитное состояние обмоток статора в каждые из принятых, моментов времени.
Рассмотрим вначале точку t1. Ток в фазе А равен нулю, в фазе С он будет положительным - (+) , а в фазе В - отрицательным (·) (рис. 5.2.2, а).
Поскольку каждая фазная обмотка имеет замкнутую форму, то конец фазной обмотки В-У будет иметь противоположный знак, т.е. У - (+), а конец Z обмотки C-Z - (·).
Известно, что вокруг проводника с током всегда образуется магнитное поле. Направление его определяется правилом правоходового винта ("буравчика").
Проведем силовую магнитную линию вокруг проводников С и У и, соответственно, В и Z (см. штриховые линии на рис. 5.2.2 a).
Рассмотрим теперь момент времени t2. В это время тока в фазе В не будет. В проводнике А фазы А-Х он будет иметь знак (+), а в проводнике С фазы C-Z он будет иметь знак (·). Теперь проставим знаки: в проводнике Х - (·), а в проводнике Z - (+).
Проведем силовые линии магнитного поля в момент времени t2 (рис. 5.2.2,б). Заметим при этом, что вектор F совершил поворот.
Аналогичным образом проведем анализ электромагнитного состояния в фазных обмотках статора в момент времени t3,…tn (рис. 5.2.2, б, в, г, д).
Из рисунков 5.2.2 наглядно видно, что магнитное поле в обмотках и его поток Ф совершают круговое вращение.
Частота вращения магнитного поля статора определяется следующей формулой:
где f - частота тока питающей сети, Гц; p - число пар полюсов.
Если принять f=50 Гц, то для различных чисел пар полюсов (р=1, 2, 3, 4, ) n1=3000, 1500, 1000, 750, об/мин.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В учебной программе по электротехнике для факультета «Экономика, предпринимательство, экономика» отсутствует раздел специальных режимов работы асинхронных машин.
Однако широкое развитие технологии, технического творчества учащихся требует знания ряда дополнительных возможностей использования этих материалов. Рассмотрим лишь некоторые из них.
Сельсины
Представим себе два асинхронных двигателя с фазным ротором включенным последующей схеме (рис. 5.18.5.1). Обмотки статора С1, С2, С3, называемые обмотками возбуждения, включены в общую сеть трехфазного тока.
Обмотки ротора P1, P2, P3 объединены трехпроводниковой линией связи. Магнитные потоки обмоток возбуждения при q1=q2 наводят в соответствующих обмотках роторов равные и совпадающие по фазе ЭДС.
Если ротор двигателя Д1 повернуть на угол q1, а ротор Д2 оставить на месте (q2=0), то в фазных обмотках ротора двигателя Д2 будет наведена ЭДС E2>E1. В результате в линии связи потечет ток DI от большего потенциала к меньшему.
,
где 2z - сумма сопротивлений обмоток роторов и линии связи.
Этот ток, пройдя по обмоткам роторов, взаимодействуя с магнитными полями статоров, вызовет образование дополнительных вращающих моментов DM. Поскольку направление момента DМ в каждом двигателе будет свое, то в одном из них произойдет поворот ротора вправо (у двигателя Д2), а у другого - влево (у двигателя Д1).
Следовательно, оба двигателя самостоятельно (синхронно) придут в положение (q1=q2). Такая система получила название синхронно-следящей.
Практическое использование эта система получила в многоприводных механизмах (конвейерах, козловых кранах и т.п.).
В автоматике применяются так называемые сельсины. Это маломощные асинхронные машины с однофазным статором и трехфазным ротором.
Сельсины применяются для целей измерения или определения угла, на который повернулся определенный механизм.
В сельсинной передаче всегда используются две машины: сельсин-датчик и сельсин-приемник.
Обмотки возбуждения бывают обычно однофазные и располагаются на явновыраженных полюсах. Число полюсов всегда два. Обмотки синхронизации - трехфазные, размещаются в пазах ротора и оканчиваются тремя контактными кольцами (рис. 5.18.5.2).
В отличие от силовых синхронно-следящих систем, поворот ротора сельсина-датчика осуществляется принудительно, а ротор сельсина-приемника приходит в движение автоматически. Поворот ротора фиксируется индикаторной стрелкой.
При наличии однофазных обмоток возбуждения на статоре поворот ротора сельсина-датчика может осуществляться в любую сторону, т.к. пульсирующее магнитное поле статора обеспечивает для этого необходимые условия.
Помимо приведенного индикаторного режима, сельсины могут работать и в так называемом трансформаторном режиме.
В этом случае сельсин-приемник, не только показывает угол рассогласования q, но и вырабатывает электрический сигнал для управления мощным механизмом
Поворотные трансформаторы
Так называют электрические машины переменного тока, предназначенные для преобразования угла поворота q в напряжение, пропорциональное некоторым функциям угла поворота ротора sinq или cosq, а также самому углу q. Их применяют в вычислительной технике для выполнения различных математических операций. С помощью поворотных трансформаторов решают геометрические задачи, связанные с построением треугольников, преобразованием координат, разложением и построением векторов. В системах автоматического регулирования поворотные трансформаторы используют в качестве измерителей расстояния, фиксирующих отклонение системы от некоторого определенного положения.
Конструктивно поворотный трансформатор представляет собой асинхронную машину малой мощности. На статоре ее перпендикулярно размещены две обмотки: C1-C2 и С3-С4. Первая получила название главной, а вторая - квадратурной. Обмотки статора выполняются одинаковыми, т.е. с одинаковым числом витков. На роторе может быть одна обмотка, но чаще их бывает две. На рис. 5.18.6.1. приведены схемы включения синусного, косинусного и синусно-косинусного поворотных трансформаторов.
Гл.5 Асинхронные машины
общие сведения и конструкция асинхронного двигателя
Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.
Буква "а" здесь играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся магнитным полем статора.
Создателем этой простой по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер М.О. Доливо-Добровольский. Асинхронный двигатель, впервые разработанный в 1889 году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней.
В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее этому же автору.
Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.
Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор (рис. 5.1.1). Статор и ротор разделены воздушным зазором от 0,1 мм до 1,5 мм. Пакет статора c целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали. На внутренней полости статора имеются пазы, в которые укладываются провода обмотки. Листы статора перед сборкой в пакет изолируют слоем лака или окалины, полученной при их отжиге.
В пазы статора укладывают обмотку, которая в простейшем случае состоит из трех катушек - фаз, сдвинутых в пространстве на 120 эл. градусов. Ротор асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. На поверхности ротора имеются продольные пазы для обмотки. Листы сердечника ротора специально не изолируют, т.к. в большинстве случаев достаточно изоляции от окалины.
В зависимости от типа обмотки роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.
Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой медные стержни, забитые в пазы. С двух сторон эти стержни замыкаются кольцами. Соединения стержней с кольцами осуществляется пайкой или сваркой (рис. 5.1.2).
Чаще всего короткозамкнутую обмотку выполняют расплавленным, алюминием и литьем под давлением. При этом вместе со стержнями и кольцами отливаются и лопатки вентилятора.
Двигатели большой мощности имеют на роторе фазную обмотку. Конструкция ее аналогична обмотке статора. Концы этой обмотки выведены на контактные кольца. С помощью этих колец и токосъемных щеток к обмотке ротора подключают дополнительные сопротивления.
ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАШИНЫ
На статоре трехфазного двигателя расположены 3 обмотки (фазы), которые смещены в пространстве по отношению друг к другу на 120 эл. градусов. Токи, подаваемые в фазные обмотки, отодвинуты друг от друга во времени на 1/3 периода (рис. 5.2.1.).
Используя график изменения трехфазного тока, проставим на нем несколько отметок времени; tl, t2, t3,...tn. Наиболее удобными будут отметки, когда один из графиков пересекает ось времени.
Теперь рассмотрим электромагнитное состояние обмоток статора в каждые из принятых, моментов времени.
Рассмотрим вначале точку t1. Ток в фазе А равен нулю, в фазе С он будет положительным - (+) , а в фазе В - отрицательным (·) (рис. 5.2.2, а).
Поскольку каждая фазная обмотка имеет замкнутую форму, то конец фазной обмотки В-У будет иметь противоположный знак, т.е. У - (+), а конец Z обмотки C-Z - (·).
Известно, что вокруг проводника с током всегда образуется магнитное поле. Направление его определяется правилом правоходового винта ("буравчика").
Проведем силовую магнитную линию вокруг проводников С и У и, соответственно, В и Z (см. штриховые линии на рис. 5.2.2 a).
Рассмотрим теперь момент времени t2. В это время тока в фазе В не будет. В проводнике А фазы А-Х он будет иметь знак (+), а в проводнике С фазы C-Z он будет иметь знак (·). Теперь проставим знаки: в проводнике Х - (·), а в проводнике Z - (+).
Проведем силовые линии магнитного поля в момент времени t2 (рис. 5.2.2,б). Заметим при этом, что вектор F совершил поворот.
Аналогичным образом проведем анализ электромагнитного состояния в фазных обмотках статора в момент времени t3,…tn (рис. 5.2.2, б, в, г, д).
Из рисунков 5.2.2 наглядно видно, что магнитное поле в обмотках и его поток Ф совершают круговое вращение.
Частота вращения магнитного поля статора определяется следующей формулой:
где f - частота тока питающей сети, Гц; p - число пар полюсов.
Если принять f=50 Гц, то для различных чисел пар полюсов (р=1, 2, 3, 4, ) n1=3000, 1500, 1000, 750, об/мин.