В редица страни до асинхронни машинивключени са и колекторни машини. Друго име за асинхронни машини е индукцияпоради факта, че токът в намотката на ротора се индуцира от въртящото се поле на статора. Асинхронните машини днес съставляват по-голямата част от електрическите машини. Използват се предимно като електродвигатели и са основните преобразуватели. електрическа енергияв механични.

Предимства:

1. Лесно производство.
2. Без механичен контакт със статичната част на машината.

недостатъци:

1. малък Стартов въртящ момент.
2. Значителен стартов ток.

История

Приоритетът в създаването на асинхронен двигател принадлежи на Никола Тесла, който в Будапеща през пролетта на 1882 г. решава проблема за създаването на въртящ се магнитно полес фиксирана многофазна намотка променлив ток, а през 1884 г. в Страсбург демонстрира работещ модел на своя двигател. Принос в развитието на асинхронните двигатели има Галилео Ферарис, който през 1885 г. в Италия построява модел на асинхронен двигател с мощност 3 W. През 1888 г. Ферарис публикува своето изследване в статия за Кралската академия на науките в Торино (през същата година Тесла получава американски патент 381 968 от 01.05.1888 г. ( НАС. Патент 0 381 968 | заявка за изобретение № 252132 от 12.10.1887 г.), която очертава теоретична основаасинхронен двигател. Заслугата на Ferraris е, че направи погрешно заключение за малка ефективност. асинхронен двигател и нецелесъобразността от използване на системи с променлив ток, той насочи вниманието на много инженери към проблема с подобряването на асинхронните машини. Статия на Галилео Ферарис, публикувана в списание Atti di Turino, е препечатана от английско списание и е прочетена през юли 1888 г. от Михаил Осипович Доливо-Доброволски, възпитаник на Висшето техническо училище в Дармщат, родом от Русия. Още през 1889 г. Доливо-Доброволски получава патент за трифазен асинхронен двигател с ротор с катерица, а през 1890 г. - патенти в Англия № 20425 и Германия № 75361 за трифазен асинхронен двигател с фазов ротор . Тези изобретения откриха ерата на масовото индустриално приложение на електрическите машини. В момента асинхронният двигател е най-разпространеният електродвигател.

Дизайн

Асинхронната машина има статор и ротор, разделени от въздушна междина. Активните му части са намотки и магнитна верига (ядро); всички останали части са конструктивни, осигуряващи необходимата здравина, твърдост, охлаждане, възможност за въртене и др.

Намотката на статора е трифазна (в общ случай- многофазна) намотка, чиито проводници са равномерно разпределени по обиколката на статора и са фазово положени в жлебове с ъглово разстояние 120 ел.град. Фазите на намотката на статора са свързани чрез стандартни схеми"триъгълник" или "звезда" и се свържете с мрежата трифазен ток. Магнитната верига на статора се ремагнетизира в процеса на промяна на тока в намотката на статора, така че се набира от електрически стоманени плочи, за да се осигурят минимални магнитни загуби. Основният метод за сглобяване на магнитната верига в пакет е смесването.

Според конструкцията на ротора асинхронните машини се разделят на два основни типа: с късо съединениеротор и фазаротор. И двата типа имат еднакъв дизайн на статора и се различават само по дизайна на намотката на ротора. Роторната магнитна верига е направена подобно на статорната магнитна верига - от електротехнически стоманени плочи.

ротор с катерица

Ротор асинхронна машинатип клетка за катерици

Намотката на ротора с късо съединение, често наричана "катерица" поради външното сходство на дизайна, се състои от медни или алуминиеви пръти, късо свързани в краищата с два пръстена. Пръчките на тази намотка се вкарват в жлебовете на сърцевината на ротора. Ядрата на ротора и статора имат зъбна конструкция. При машини с малка и средна мощност намотката обикновено се извършва чрез изливане на разтопена алуминиева сплав в жлебовете на сърцевината на ротора. Заедно с прътите тип "катерица" се отливат късосъединителни пръстени и крайни остриета, които вентилират машината. В машините с висока мощност "катерица" е направена от медни пръти, чиито краища са свързани към пръстени за късо съединение чрез заваряване.

Често жлебовете на ротора или статора се правят скосени, за да се намали по-високата хармонична ЕМП, причинена от пулсации на магнитния поток поради наличието на зъби, чието магнитно съпротивление е значително по-ниско от магнитното съпротивление на намотката, както и да се намали шумът, причинен от магнитни причини. За подобряване на стартовата производителност асинхронен двигателс ротор с катерица, а именно увеличаване на стартовия въртящ момент и намаляване на стартовия ток, на ротора се използва специална форма на канал. В този случай външната част на жлеба на ротора от оста на въртене има по-малко напречно сечение от вътрешната част. Това ви позволява да използвате ефекта на текущото изместване, поради което активното съпротивление на намотката на ротора се увеличава при големи приплъзвания (по време на стартиране).

Асинхронните двигатели с ротор с катерица имат малък начален въртящ момент и значителен пусков ток, което е значителен недостатък на "катерица". Поради това те се използват в тези електрически задвижвания, където не се изискват големи стартови моменти. От предимствата трябва да се отбележи лекотата на производство и липсата на електрически контакт със статичната част на машината, което гарантира дълготрайност и намалява разходите за поддръжка. Със специален дизайн на ротора, когато във въздушната междина се върти само кух алуминиев цилиндър, е възможно да се постигне ниска инерция на двигателя.

фазов ротор

Фазовият ротор има трифазна (в общия случай многофазна) намотка, обикновено свързана по схемата "звезда" и изведена към плъзгащи се пръстени, въртящи се с вала на машината. С помощта на графитни или металографитни четки, плъзгащи се по тези пръстени, във веригата на намотката на ротора:

• включват реостатиране на баласт като допълнително активно съпротивление, еднакво за всяка фаза. Чрез намаляване на пусковия ток пусковият момент се увеличава до максималната стойност (в първия момент от време). Такива двигатели се използват за задвижване на механизми, които се задействат, когато тежък товарили изискващи плавен контрол на скоростта.
• включват индуктивности (дросели) във всяка фаза на ротора. Съпротивлението на дроселите зависи от честотата на протичащия ток и, както знаете, в ротора в първия момент на стартиране честотата на приплъзващите токове е най-висока. Когато роторът се върти, честотата на индуцираните токове намалява, а с това съпротивлението на индуктора намалява. Индуктивно съпротивлениевъв веригата на фазовия ротор ви позволява да автоматизирате процедурата за стартиране на двигателя и, ако е необходимо, да „хванете“ двигателя, чиято скорост е паднала поради претоварване. Индуктивността поддържа токовете на ротора на постоянно ниво.
• включва източник постоянен ток, като по този начин се получава синхронна машина.
• включват захранване от инвертора, което ви позволява да контролирате характеристиките на скоростта и въртящия момент на двигателя. Това е специален режим на работа (машина с двойно подаване). Има възможност за включване на мрежово напрежение без инвертор, с фазиране обратно на това, с което се захранва статора.

Двигател Шраге-Рихтер

Трифазен комутаторен асинхронен двигател захранван от страната на ротора.

Обърнат (захранван от ротора) асинхронен двигател, който ви позволява плавно да регулирате скоростта от минимума (обхватът се определя от данните за намотката на допълнителната намотка, използвана за получаване на допълнителна емф, въведена с честотата на приплъзване във вторичната верига на машината) до максимума, който обикновено е над скоростния синхрон. Физически произведен чрез промяна на разтвора на двоен комплект четки за всяка "фаза" на вторичната верига на двигателя. По този начин, чрез пренареждане на траверсите на четката с помощта на механично устройство (ръчно колело или друг задвижващ механизъм), беше възможно много икономично да се контролира скоростта на AC асинхронен двигател. Идеята за управление като цяло е изключително проста и ще бъде приложена по-късно в така наречените каскади с асинхронни вентили, където във веригата на фазовия ротор е включен тиристорен преобразувател, който работи като инвертор или в режим на токоизправител. Същността на идеята е, че във вторичната верига на асинхронен двигател се въвежда допълнителна емф. променлива амплитуда и фаза с честота на приплъзване. Колекторът изпълнява задачата да съгласува честотата на допълнителната едс с честотата на приплъзване на ротора. Ако допълнителният e.m.f. е противоположен на главния, мощността се извежда от вторичната верига на двигателя със съответно намаляване на скоростта на машината, ограничението на скоростта се диктува само от условията на охлаждане на намотките). В точката на синхрон на машината честотата на допълнителната е.д.с. е равно на нула, т.е. постоянен ток се подава към вторичната верига от колектора. В случай на сумиране на допълнителните e.m.f. с основната допълнителната мощност се инвертира във вторичната верига на машината и съответно ускорение над синхронната скорост. По този начин резултатът от регулирането беше семейство от доста твърди характеристики с намаляване критичен моментпри забавяне, а при ускорение над синхронна скорост - с пропорционалното й увеличаване.

От особен интерес е работата на машината с асиметрично решение на траверси на четки. В този случай векторната диаграма на допълнителната емф. моторът получава така наречения тангенциален компонент, което прави възможно работата с капацитивен отговор към мрежата.

Структурно двигателят е обърната машина, където на ротора са положени две намотки: захранване от контактни пръстени и намотка, свързана с помощта на два чифта четки на "фаза" към вторичната намотка на статора. Всъщност тези две части вторична намоткаВ зависимост от позицията на траверсите на четката, те се завъртат една спрямо друга или в противоположни посоки. Ето как работи регулирането.

Такива двигатели получиха най-голямо развитие през 30-те години на XX век. В Съветския съюз, с ниската производствена култура на електрическата промишленост, колекторните машини за променлив ток (ACC) не получиха забележимо разпространение и развитие поради повишените изисквания за производството на възела колектор-четка и общата висока цена. Те проникнаха на територията на СССР главно като част от оборудване, закупено в чужбина и при първа възможност бяха заменени от по-малко ефективни, но по-евтини машини с постоянен ток или асинхронни двигатели с фазов ротор. Съществуващи методи за изчисляване на c.m.f. разработен от академик М. П. Костенко (в неговите учебници асинхронните машини са разделени на колекторни и безчеткови) се считат за достатъчен критерий за работата на машината, като се проверява според условията на превключване (за сравнение, термичното изчисление е критично за DC двигател) .

Понастоящем двигателят Schrage представлява интерес единствено като отлично визуално помагало за учениците. Според Л. Я. Теличко, преподавател в катедрата по електрозадвижване на Техническия университет в Липецк, „ най-добър модел, където теорията и практиката на каскадата могат да бъдат докоснати с ръце, е невъзможно да се намери.

Принцип на действие

приложен към намотката на статора AC напрежение, под действието на които през тези намотки протича ток и създава въртящо се магнитно поле. Магнитното поле действа върху намотката на ротора и, съгласно закона за електромагнитната индукция, индуцира в тях ЕМП. В намотката на ротора, под действието на индуцираната ЕМП, възниква ток. Токът в намотката на ротора създава собствено магнитно поле, което взаимодейства с въртящото се магнитно поле на статора. В резултат на това върху всеки зъб на магнитната верига на ротора действа сила, която, добавяйки се около обиколката, създава въртящ се електромагнитен момент, който кара ротора да се върти.

Скорост на въртене на полето на статора

Когато намотката на статора се захранва с трифазен (в общия случай многофазен) ток, се създава въртящо се магнитно поле, чиято синхронна честота на въртене [rpm] е свързана с честотата на мрежата [Hz] от съотношение:

,

където е броят на двойките магнитни полюси на намотката на статора.

В зависимост от броя на двойките полюси са възможни следните стойности на честотите на въртене на магнитното поле на статора при честота на захранващото напрежение 50 Hz:

n, обороти в минута
3000	1
1500	2
1000	3
300	10

Повечето двигатели имат 1-3 чифта полюси, рядко 4. Повече полюси се използват много рядко, такива машини имат нисък КПД и коефициент на мощност, но позволяват на ротора на двигателя да се върти много гладко и бавно.

Режими на работа

Механични характеристики на асинхронна машина: a - режим на възстановяване на енергията към мрежата (генераторен режим), b - двигателен режим, c - режим на контравключване (режим на електромагнитна спирачка).

Двигателен режим

Ако роторът е неподвижен или неговата честота на въртене е по-малка от синхронна, тогава въртящото се магнитно поле пресича проводниците на намотката на ротора и индуцира в тях ЕМП, под действието на което се появява ток в намотката на ротора. Електромагнитните сили действат върху проводниците с тока на тази намотка (или по-скоро върху зъбите на сърцевината на ротора); общата им сила образува електромагнитен въртящ момент, който дърпа ротора заедно с магнитното поле. Ако този момент е достатъчен за преодоляване на силите на триене, роторът започва да се върти, а постоянната му скорост на въртене [rpm] съответства на уравнението електромагнитен моментспирачка, създадена от натоварването на вала, сили на триене в лагери, вентилация и др. Скоростта на ротора не може да достигне скоростта на магнитното поле, тъй като в този случай ъгловата скорост на въртене на магнитното поле спрямо намотката на ротора ще стане равна до нула, магнитното поле ще престане да индуцира ЕМП в намотката на ротора и от своя страна ще създаде въртящ момент; Така за двигателния режим на работа на асинхронна машина е вярно неравенството:

.

Относителната разлика между честотите на въртене на магнитното поле и ротора се нарича плъзгане:

.

Очевидно е, че в двигателния режим .

генераторен режим

Ако роторът се ускори с помощта на външен въртящ момент (например от някакъв вид двигател) до честота, по-голяма от честотата на въртене на магнитното поле, тогава посоката на ЕМП в намотката на ротора и активния компонент на тока на ротора ще се промени, т.е. асинхронната машина ще влезе в генераторен режим. В същото време посоката на електромагнитния въртящ момент също ще се промени, което ще се превърне в спиране. Плъзгане в режим генератор.

За да работи асинхронна машина в генераторен режим, е необходим източник на реактивна мощност, който създава магнитно поле. При липса на първоначално магнитно поле в намотката на статора, потокът се създава с помощта на постоянни магнити или с активно натоварване поради остатъчната индукция на машината и кондензаторите, свързани паралелно на фазите на намотката на статора.

Асинхронният генератор консумира реактивен ток и изисква наличието на генератори на реактивна мощност в мрежата под формата на синхронни машини, синхронни компенсатори, статични кондензаторни банки (BSK). Поради това, въпреки лекотата на поддръжка, асинхронен генераторсе използват сравнително рядко, главно като вятърни генератори с ниска мощност, спомагателни източници с ниска мощност и спирачни устройства. Но генераторният режим на асинхронен двигател се използва доста често. В този режим работят двигателите на ескалаторите на метрото, които слизат. В генераторен режим работят асансьорните двигатели в зависимост от съотношението на теглото в кабината и в противотежестта.

Режим на неактивност

Режимът на празен ход на асинхронен двигател възниква, когато няма натоварване на вала под формата на скоростна кутия и работно тяло. От опита на празен ход могат да се определят стойностите на тока на намагнитване и загубите на мощност в магнитната верига, в лагерите и във вентилатора. Истински празен ход с=0,01-0,08. В идеален режим на празен ход н 2 =н 1, следователно с=0 (всъщност този режим е недостижим, дори при предположението, че триенето в лагерите не създава собствен въртящ момент на натоварване - самият принцип на работа на двигателя предполага, че роторът изостава от статорното поле, за да създаде роторно поле. Когато с=0 полето на статора не пресича намотките на ротора и не може да индуцира ток в него, което означава, че магнитното поле на ротора не се създава.)

Режим на електромагнитна спирачка (опция)

Ако промените посоката на въртене на ротора или магнитното поле, така че да се въртят в противоположни посоки, тогава ЕМП и активният компонент на тока в намотката на ротора ще бъдат насочени по същия начин, както в режим на двигател, и машината ще консумира активна мощност от мрежата. Електромагнитният момент обаче ще бъде насочен срещу момента на натоварване, като е спирачен. За режима важат следните неравенства:

Този режим се използва за кратко време, тъй като по време на него се генерира много топлина в ротора, която двигателят не може да разсее, което може да го повреди.

За по-меко спиране може да се използва генераторен режим, но той е ефективен само при обороти, близки до номиналните.

Начини за управление на асинхронен двигател

Под управление на асинхронен променливотоков двигател се разбира промяна в скоростта на ротора и / или неговия въртящ момент. Има следните начини за управление на асинхронен двигател:

• реостатичен - промяна на скоростта на въртене на IM с фазов ротор чрез промяна на съпротивлението на реостата в роторната верига, в допълнение, това увеличава стартовия момент;

• честота - промяна в скоростта на въртене на HELL чрез промяна на честотата на тока в захранващата мрежа, което води до промяна в честотата на въртене на полето на статора. Двигателят се включва чрез честотен преобразувател;

• превключване на намотките от веригата "звезда" към веригата "триъгълник" в процеса на стартиране на двигателя, което намалява стартовите токове в намотките около три пъти, но в същото време въртящият момент също намалява;

• импулсен - чрез подаване на специален тип захранващо напрежение (например трион);

• въвеждането на допълнителна ЕДС в съответствие или срещу честотата на приплъзване във вторичната верига;

• промяна в броя на двойките полюси, ако такова превключване е предвидено конструктивно (само за ротори с късо съединение);

• чрез промяна на амплитудата на захранващото напрежение, когато се променя само амплитудата (или ефективната стойност) на управляващото напрежение. След това векторите на управляващото и възбуждащото напрежение остават перпендикулярни (старт на автотрансформатора);

• амплитудно-фазовият метод включва два описани метода;

• включване в електрическата верига на статора на реакторите;

Бележки

Вижте също

• Вешеневски С. Н. Характеристики на двигателите в електрическото задвижване. Издание 6, преработено. Москва, издателство "Енергия", 1977 г. Тираж 40 000 бр. UDC 62-83:621,313.2

Връзки

• Устройството и принципът на работа на асинхронни електродвигатели
• Гайдулин Александър "Сглобяване на асинхронен двигател 4A200"
• Асинхронен електродвигател на трифазен ток М. О. Доливо-Доброволски

Парен двигател Двигателят на Стърлинг Въздушен мотор По вид на работния орган Газ

Устройството на асинхронна машина.Стационарната част на машината с променлив ток се нарича статор, а подвижната част е

ротор. Ядрата на статора и ротора на асинхронните машини се сглобяват от листове от електротехническа стомана (фиг. 19-1), които обикновено се покриват от двете страни с маслен колофонов изолационен лак преди монтажа. Ядрата на машините с ниска мощност понякога се сглобяват от нелакирани листове, тъй като в този случай естествен или изкуствено създаден слой от оксиди върху повърхността на стоманените листове е достатъчна изолация.

На фиг. Фигура 19-2 е разглобен изглед на асинхронен двигател с малка мощност, показващ статора, ротора и крайните щитове. На фиг. 19-3 е чертеж на асинхронен двигател със средна мощност.

Ориз. 19-1. Листове за ядро ​​на статора (1) и ротор (2) на асинхронна машина с малка и средна мощност

Ядрото на статора е фиксирано в корпуса, а ядрото на ротора - на вала^ (машини с ниска и средна мощност) или на джанта с щифт и втулка, поставени върху вала (машини с висока мощност) Роторният вал се върти в лагери, които са поставени в лагерни щитове, прикрепени към корпуса на статора (машина kovy "стекове 11 М0ШН0Стиi) "или върху лагери, монтирани на детайли

На вътрешната цилиндрична повърхност на статора и на външната цилиндрична повърхност на ротора има жлебове,

Ориз. 19-2. Снимка на асинхронен двигател с ротор тип A71-6 с катерица с мощност 14 кетразглобен

в които са поставени проводниците на намотките на статора и ротора. Намотката на статора обикновено е трифазна (виж гл. 21); е свързан към мрежа с трифазен ток и затова се нарича още първична намотка. Намотката на ротора също може да бъде направена трифазна, подобно на намотката на статора. Краищата на фазите на такава роторна намотка обикновено се свързват в звезда, а началото се извежда с помощта на контактни пръстени и металографитни четки (фиг. 19-3). Такава асинхронна машина се нарича машина с навит ротор. Към контактните пръстени обикновено се свързва трифазен пусков или регулиращ реостат. Фазовата намотка на ротора се извършва със същия брой полюси на магнитното поле като статора.

Друг тип роторна намотка е намотка под формата на катерица (фиг. 19-4). В този случай във всеки жлеб има меден или алуминиев прът и краищата на всички пръти

от двата края на ротора са свързани с медни или алуминиеви пръстени, които дават на късо прътите. Пръчките обикновено не са изолирани от сърцевината. В машини до 1QG k&pпръти и пръстени, заедно с крила за вентилация, обикновено се правят чрез изливане на алуминий в ротора

Фигура 19-3 180 трифазен индукционен двигател с навит ротор кет,

975 об/мин

1 - кабелна кутия, 2 - изходна кутия на краищата на намотката на статора, 3 - пръстеновидни дюбели за закрепване на сърцевината на ротора, 4 - шайби под налягане на сърцевината на ротора, 5 - вал на ротора, 6 и 30 - сачмени и ролкови лагери, 7 - медни свързващи втулки на намотките на ротора, 8 -^ дифузори за насочване на входящия охлаждащ въздух през облицовъчните щитове, 9 - навиващи пръти^ на ротора, "10 - задържащи пръстени, // - намотка на статора, 12 - телени превръзки! ротор, 13 - повдигащи пръстени, /* - дъгови ключове, 15 - пръстеновидни изолационни уплътнения, 16 - радиални вентилационни канали, 17 - сърцевина на ротора, Е->j лят корпус на статора, 19 - ядро на статора, 20 и 21 - притискащи подложки и пръстен на сърцевината на статора, 22 - пръстен за свързване на краищата на намотката на ротора в звезда, 23 - «междинни и междугрупови връзки на намотката на статора, 34 - заключения на coc * tsov на намотката на ротора към плъзгащи пръстени,. 25 и 27 - кутия и капачка на контактни пръстени, 26 - контактни пръстени, 28 - подвижна втулка с контакти за затворен^. кабелите на намотката на ротора са съединени накъсо, 29 - съединител за изхода на ротра кондициите за намотка

към външна верига

(Вижте Фиг. J9-2). Такава асинхронна машина се нарича машина с катерица. Повечето хрономашини, особено машините с малка и средна мощност, се предлагат с късо съединение gpTopOM.

Въздушната междина между статора и ротора при асинхронните машини е минимално възможната от гледна точка на производителност и надеждност и колкото по-голяма е машината. При машини с мощност от няколко киловата празнината

е 0,4-0,5 mm,а в машини с висока мощност - няколко милиметра.

Асинхронните машини обикновено са с въздушно охлаждане. Вентилационните системи по принцип са същите като при машините с постоянен ток (виж § 8-5).

Въртящо се магнитно поле. На фиг. 19-5 са напречни сечения на биполярно (2стр- 2) асинхронен двигател и показва природата на магнитното поле на статора за две точки във времето.

На фиг. 19-5 показва най-простата намотка на статора, когато всяка фаза се състои от един оборот или два проводника (1-ва фаза - проводници НОи х, 2-ра фаза - проводници ATи Y, 3 фаза - проводници ОТи Z) 1.Проводниците на всеки оборот (фаза) са разположени - един от друг на разстояние на разделяне на полюсите

където D a- диаметърът на вътрешния отвор на статора, ar - броят на двойките полюси.

На фиг. 19-5 полюсно деление прави затворена намотка ro-половин кръг. Стъпка на намотка или намотка под формата на катерица приследователно е пълно (при= t). Две клетки

360° ел. Начало на фазите А, Б, Визместени една спрямо друга с 120° ел., което в случая е една трета от окръжността.

На фиг. 19-5, апоказани са посоките на токовете в проводниците на статорната намотка за момента, когато целя сеи аз б= i c =

- - *)T-Фазови токове на фиг. 19-5 се считат за положителни, когато

те са в началото на фазите (проводници A, B, C)насочени извън равнината на чертежа. На фиг. 19-5, bпосоките на токовете са показани за момента, когато фазите на токовете са се променили с 30° и

От фиг. 19-5 се вижда, че разпределението на токовете по обиколката на статора е две зони, всяка със стойност m, а посоката е

1 Съгласно GOST 183-66, началото на фазите на намотките на статора са обозначени с C 1 (C 2, от 3,техните краища - съответно C 4, C 8, C g и началото на фазите на намотките на ротора - Пи, P 2 > ^z- В тази книга, за методически цели, началото на трифазните намотки са обозначени навсякъде А, Б, Вили а, б, в,и краищата - съответно L, Y, Zили x, y, g.

теченията в тези зони са противоположни. В долната част на фиг. 19-5 показва кривите на разпределение на тока по протежение на разгърнатия статор.

| От тези криви се вижда, че токовете се разпределят по повърхността на статора по синусоидален закон. |

Токовете на проводниците на статорната намотка на двуполюсна машина се създават, както следва от фиг. 19-5, биполярен магнитен поток

Ориз. 19-5. Най-простата статорна намотка на асинхронна машина с 2p = 2 и нейното магнитно поле

Ф 1 (преминавайки през статора, ротора и въздушната междина между тях. От сравнението на фиг. 19-5, ai bВижда се, че при промяна на фазата на токовете с 30°, кривата на разпределение на тока и магнитния поток се завъртат по посока на фазите също с 30° ел.

Оста на въртене (намотка) на фазата НОна фиг. 19-5 е насочен хоризонтално, а оста на магнитния поток към i a = l m(Фиг. 19-5, а) също е насочен хоризонтално. Ясно е, че ако фазата на токовете в сравнение с фиг. 19-5, аще се промени със 120° и следователно ще бъде аз съм \u003d аз съм,тогава магнитният поток ще бъде насочен по фазовата ос AT,т.е. ще завърти 120° ел. В момента, когато интегрална схема- Аз съм ,оста на магнитния поток съвпада с оста на фаза С и т.н.

По този начин намотката на статора на двуполюсна машина, когато се захранва от трифазен ток, създава двуполюсно въртящо се магнитно поле.

В този случай за един период на промяна на тока полето се завърта с 2 тона или 360 ° ел.

Скорост на въртене на полето

n i - h обороти в минута,

където fi е честотата на статорния ток.

Магнитното поле се върти в посоката на фазовата последователност А, Б, Встаторни намотки. За да промените посоката на въртене на полето на обратното, достатъчно е да смените местата на скобите на намотката При ki статорни краища на два проводника, идващи от електрическата мрежа.

С 2p \u003d 4 разделението на полюсите е една четвърт от кръга и всяка фаза на най-простата трифазна статорна намотка (фиг. 19-6) се състои от две завъртания със стъпка y = x,които са изместени една спрямо друга с 2 m и могат да се свързват една с друга последователно или паралелно. Отделни фази и техните начала А, Б, Вдокато също се изместват един спрямо друг с 120 ° ел. или в този случай 1/6 от кръга. От фиг. 19-6 може да се види, че такава намотка създава крива на разпределение на тока и магнитно поле с 2p \u003d 4. Това поле също се върти и за един

периодът на тока също се завърта с 2m, или в този случай с половин кръг, в резултат на което скоростта на полето

p g = y, обИсек.

В общия случай е възможно да се направи намотка с 2p = 6, 8, 10 и т.н. В този случай ще се получи крива на разпределение на тока и магнитно поле с p двойки полюси. Магнитното поле се върти със скорост

Ориз. 19-6. Най-простото навиване

статор на асинхронна машина с

2p - 4 и неговото магнитно поле

Линейна периферна скорост на въртене на полето по обиколката на статора

При стандартната индустриална честота на тока в СССР / = 50 Hzсе получават скоростите на въртене на полето, посочени в табл. 19-1.

Таблица 19-1

Скоростта на въртене на магнитното поле на намотките с различен брой двойки полюси Рпри L = 50 Hz

Р
Px, R/MUH

При проектирането на намотки за променлив ток те се стремят (виж глава 21), така че разпределението на индукцията на въртящото се поле във въздушната междина по протежение на обиколката да е възможно най-близо до синусоида.

По-късно в тази глава ще се приеме, че това разпределение е синусоидално.

Принципът на работа на асинхронна машина.Магнитният поток Ф 1 (създаден от намотката на статора (фиг. 19-5 и 19-6), по време на нейното въртене, пресича проводниците на намотката на ротора, индуцира в тях ЕДС. e p,и ако намотката на ротора е затворена, тогава в нея възникват токове ° С,чиято честота f 2 със стационарен ротор (i \u003d 0) е равна на първичната честота f t .

Ако намотката на ротора е трифазна, тогава в нея се индуцира трифазен ток. Този ток създава въртящ се поток на ротора F 2, броят на полюсите 2 p, чиято посока и скорост на въртене при n = 0

същият като статорния поток. Следователно тече F gи F a се въртят синхронно и образуват общ въртящ се поток на двигателя F. При ротор с катерица в неговите пръти се индуцира многофазна система от токове % с фазово изместване в съседните пръти под ъгъл

където Z 2 е броят на роторните пръти. Тези токове също създават въртящ се поток Ф 2, броят на полюсите, чиято посока и скорост на въртене са същите като тези на фазовия роторен поток. Следователно в този случай в двигателя се образува и общ магнитен поток F. С оглед на съществуването на общо въртящо се магнитно поле може да се разглежда e. d.s., индуцирани в намотките от това поле.

В резултат на взаимодействието на роторните токове с потока възникват механични сили, действащи върху проводниците на ротора Еи въртящ се електромагнитен момент М.

В горната част на фиг. 19-7 показва синусоидална вълна на общото магнитно поле, въртяща се със скорост i>i ATмашини и направления e. д.с. e 2, предизвикано от това поле в прътите на неподвижен ротор с катерица. В долната част на фиг. 19-7 показва посоките на токовете на прътите, ° Си силите, действащи върху тях Еза два случая: когато ъгълът на фазово изместване "fa между e и r 2 е равен на нула и когато ■ph 2 \u003d 90, At% \u003d 0, всички сили действат в посоката на полето на въртене. Следователно, въртящ момент

Фигура 19-7. Токове в прътите на намотката на ротора и силите, действащи върху тях

е различно от нула и също действа в посоката на въртене на полето. В същото време, при t | e a \u003d 90 °, силите действат различни страни

и М= 0.

От това следва, че въртящият момент се създава само от активната компонента на тока на ротора

Този извод е от общ характер и е валиден и за други видове AC машини.

Веригата на ротора на асинхронен двигател винаги има определено активно съпротивление и следователно при стартиране на двигателя (n = 0) винаги 0< t|) 2 < 90°. В результате развиваемый момент М> Q и ако е по-голям от статичния спирачен момент на вала, тогава роторът на двигателя ще започне да се върти в посоката на въртене на полето с определена скорост П<; p bт.е. ще се върти с известно забавяне или приплъзване спрямо полето на статора,

Относителна разлика между скоростите на въртене на полето и ротора

наречено приплъзване. Приплъзването също се изразява като процент:

Скорост на ротора П,изразено чрез приплъзване s, съгласно формула (19-6), е равно на

При стартиране на двигателя (П= 0) имаме s = 1 и когато роторът се върти синхронно с полето на статора или, както се казва, със синхронна скорост (П= п г)ще бъде s = O. Когато n = n xмагнитното поле на статора спрямо ротора е неподвижно и токовете в ротора няма да бъдат индуцирани, следователно М= 0 и двигателят не може да достигне такава скорост на въртене. В резултат на това в режим на двигател винаги е 0< /г <п х и l>s>0.

Когато роторът се върти към полето, честотата на пресичане на проводниците на ротора от полето е пропорционална на разликата в скоростта tii- Пи честотата на тока в намотката на ротора

Заместване на стойността тук Пот формулата (19-7) и след това стойността n xот (19-2), получаваме

т.е. вторичната честота е пропорционална на приплъзването.

При текуща честота / 2< f tскоростта на въртене на роторното поле спрямо самия ротор n 2p също е по-малка p gи въз основа на израза (19-9)

Скорост на въртене на роторното поле спрямо статора в съответствие с изрази (19-7) и (19-10)

т.е. скоростта на въртене на полето на ротора спрямо статора при всяка скорост на въртене на ротора Правна на скоростта на въртене на статорното поле p x.Следователно полетата на статора и ротора с въртящ се ротор също винаги се въртят синхронно и образуват общо въртящо се поле.

Обърнете внимание, че показаното на фиг. 19-7 картината на посоките на токовете и механичните сили е валидна и при въртене на ротора, когато 0< П< n x(моторен режим).

Ако роторът на асинхронна машина с помощта на външна сила (въртящ момент) се завърти в посоката на въртене на полето на статора със скорост, по-висока от синхронната (П> p d),тогава роторът ще изпревари полето и посоките на токовете, индуцирани в намотката на ротора в сравнение с тези, показани на фиг. 19-7 е обърнат. В този случай посоките на електромагнитните сили също се обръщат Еи електромагнитен момент М.Момент Мв този случай той ще бъде спирачен, а машината ще работи в генераторен режим и ще дава активна мощност на мрежата. Съгласно израз (19-6), в генераторен режим s< 0.

Ако роторът се върти в посока, обратна на посоката на въртене на статорното поле (П< 0), то указанные на рис. 19-7 направления е 2 , / 2 и Ее запазено. Електромагнитен момент Мще действа по посока на въртене на полето на статора, но ще забави въртенето на ротора. Този режим на работа на асинхронна машина се нарича режим на насрещно включване или режим на електромагнитна спирачка. В този режим, в съответствие с израза (19-6) s> 1.

Режимите на работа на асинхронна машина са разгледани по-подробно в следващия раздел. Тук обаче трябва да се отбележи, че връзката (19-11), както е лесно да се види, се запазва във всеки режим на работа, за всяка стойност на s, т.е. полетата на статора и ротора се въртят синхронно в всеки режим на работа на асинхронната машина.

Асинхронна машина е безчеткова AC машина, в която по време на работа се възбужда въртящо се магнитно поле, но роторът се върти асинхронно, т.е. с ъглова скорост, различна от ъгловата скорост на полето.

Индукционните двигатели са най-често срещаните от всички двигатели. Техните предимства са в простотата на устройството, високата надеждност и относително ниската цена.

Трифазни асинхронни двигатели, предложени от M.O. Доливо-Доброволски през 1888 г. Те се изпълняват с мощност от части от вата до хиляди киловати, с честота на въртене от 500 до 3000 об / мин и напрежение до 10 kV. Еднофазни асинхронни двигатели се използват за задвижване на домакински уреди, електрически инструменти, в схеми за автоматизация. Те се захранват от еднофазна верига и имат мощност, като правило, не по-висока от 0,5 kW.

Асинхронните машини могат да работят в генераторен режим. Но като източници на електрическа енергия те почти никога не се използват, тъй като нямат собствен източник на възбуждане на магнитния поток и са по-ниски по своята производителност от синхронните генератори.

Асинхронните машини се използват като регулатори на напрежение, фазови регулатори, честотни преобразуватели и др.

Недостатъците на асинхронните машини са сложността и неикономичното регулиране на тяхната работа.

Асинхронният двигател се състои от статор, ротор и крайни щитове. Статорът е неподвижната част на двигателя и има цилиндрична форма. Състои се от тяло, сърцевина и намотка. Тялото е отлята стомана или чугун. Магнитната верига на статора е сглобена от тънки листове електрическа стомана. На вътрешната повърхност има жлебове, в които се вписва намотката на статора. Роторът на асинхронен двигател - въртящата се част - се състои от стоманен вал, магнитна верига, изработена от листове от електрическа стомана с щамповани жлебове. Намотката на ротора може да бъде късо съединение или фаза. Късо съединената намотка е от алуминиеви или медни пръти, съединени накъсо в двата края на ротора. Фазовият ротор има трифазна намотка, свързана към звезда. Изводите за намотаване са свързани към пръстените на вала и са свързани към реостат или друго устройство с помощта на четки. Въртящият се ротор е поставен на общ вал със статора. Валът се върти в лагерни щитове. Свързването на намотката на статора се извършва в кутия, в която се извеждат началото на фазите C 1, C 2, C 3 и краищата на фазите C 4, C 5, C 6. На фиг. показва разположението на тези изводи (а) и начините за свързването им един с друг при свързване на фазовите намотки със звезда (b) и триъгълник (c).

Ако в паспорта на двигателя са посочени две напрежения, например 380/220, тогава звездната връзка съответства на по-високо напрежение, триъгълна връзка - на по-малко. И в двата случая фазовото напрежение на двигателя е 220 V.

Трифазната статорна намотка създава магнитно поле, което се върти със скорост

.

Електромагнитно взаимодействие между статора и ротора възниква само когато скоростта на статорното поле и скоростта на въртене на ротора не са равни.

Въртящо се магнитно поле на статора на асинхронна машина. Честота на въртене на полето на статора, приплъзване (Характеристики).

Основата на действието на асинхронния двигател е въртящо се магнитно поле. Принципът за получаване на въртящо се магнитно поле е, че ако фазово изместени токове протичат през система от проводници, разпределени в пространството по кръг, тогава в пространството се създава въртящо се поле.

Р

Помислете за получаване на въртящо се поле в трифазен двигател. На фиг. 1 показва трифазни намотки А– х, б – Y, ° С – З, всеки под формата на една намотка. От източника на захранване към намотките се подава трифазна система от токове

;

;

.

Ако фазите на намотката на статора са свързани към 3-фазен мрежов ток, възникват токове, които създават магнитно поле с индукция:

;

;. Компонентът на индукцията на полето по оста X е равен на алгебричната сума на проекциите върху тази ос на моментните стойности на индукциите на отделните фази, т.е.

. По същия начин намираме проекцията върху оста Y.

. В резултат на това магнитната индукция на полето на статора е равна на:

Индукцията на магнитното поле е const, а самото статорно поле има проекции съответно по осите X и Y:

V-или индукция на срезното поле е разположена под ъгъл спрямо оста y

,

, където T е периодът на текущата промяна, -циклична честота

По този начин, трифазна намотка, захранван от токове, изместени на 120°, създава въртящо се магнитно поле. Полученият поток остава непроменен и е равен на 1,5 от максималния поток на фазата. Посоката на този поток винаги съвпада с посоката на магнитния поток на фазата, в която токът е максимален в дадения момент. Следователно, за да промените посоката на въртене, е необходимо да размените произволни две фази.

Разгледаните примери се отнасят до конструкция с двуполюсна намотка () при честота на въртене на полето. В общия случай честотата на въртене на полето, където е броят на двойките полюси на машината, е честотата на тока на статора.

Стойност или Наречен плъзганеасинхронна машина, където - честота на въртене на полето на статора, - честота на въртене на ротора.

В зависимост от съотношението и има три режима на работа: в двигателен режим; в генераторен режим; в режим на електромагнитна спирачка.

Работа в режим двигател.Електромагнитните сили на взаимодействието на магнитните полета на статора и ротора създават въртящ момент в посоката на въртене на полето на статора. Скоростта, с която се върти двигателят зависи от натоварването му. При празен ход скоростта става почти равна, тъй като при = 0 ЕМП и токовете в ротора са нула и електромагнитното взаимодействие изчезва. По този начин асинхронната машина работи в двигателен режим в диапазона от = 0 до, т.е. при плъзгане от +1 до 0. В този случай електрическата енергия, подадена към статора от мрежата, се преобразува в механична енергия на вала.

Работа в генераторен режим.Да приемем, че статорът, свързан към мрежата, създава въртящо се магнитно поле, а роторът се задвижва в същата посока със скорост. В този случай приплъзването ще бъде отрицателно и ЕМП и токовете на ротора ще променят посоката си в сравнение с работата в двигателен режим. Въртящият момент на вала става спирачен по отношение на въртящия момент на главния двигател. Асинхронна машина работи като генератор. Механичната енергия, подадена към вала, се преобразува в електрическа енергия и се прехвърля към мрежата. По този начин асинхронна машина може да работи в режим на генератор паралелно с мрежата в границите на otdo, т.е. при изплъзване

преди.

Работете в режим на електромагнитна спирачка.Да приемем, че роторът се задвижва срещу посоката на въртене на магнитния поток на статора. В този случай енергията се подава към асинхронната машина от две страни - електрическа от мрежата и механична от главния двигател. Този режим на работа се нарича режим на електромагнитна спирачка. Получава се при плъзгане от към.

- максимален момент

- Стартов въртящ момент

- номинален момент

Механичната характеристика на двигателя е зависимостта на скоростта на ротора от въртящия момент на вала. Тъй като моментът на празен ход е малък при натоварване, механичната характеристика се представя чрез зависимост. Ако вземем предвид връзката, тогава механична характеристикаможе да се получи чрез представяне на графичната му зависимост в координати

Асинхронната машина има статор и ротор, разделени от въздушна междина. Активните му части са намотки и магнитна верига (ядро); всички останали части са конструктивни, осигуряващи необходимата здравина, твърдост, охлаждане, възможност за въртене и др.

Намотката на статора е трифазна (като цяло многофазна) намотка, чиито проводници са равномерно разпределени по обиколката на статора и положени фаза по фаза в жлебове с ъглово разстояние 120 °. Фазите на намотката на статора са свързани по стандартни схеми "триъгълник" или "звезда" и свързани към трифазна токова мрежа. Магнитната верига на статора се ремагнетизира в процеса на промяна на тока в намотката на статора, така че се набира от електрически стоманени плочи, за да се осигурят минимални магнитни загуби. Основният метод за сглобяване на магнитната верига в пакет е смесването.

Според конструкцията на ротора асинхронните машини се разделят на два основни типа: с късо съединениеротор и фазаротор. И двата типа имат еднакъв дизайн на статора и се различават само по дизайна на намотката на ротора. Роторната магнитна верига е направена подобно на статорната магнитна верига - от електротехнически стоманени плочи.

асинхронна машина- електрическа машина с променлив ток, чиято скорост на ротора не е равна (в двигателен режим по-малко) на честотата на въртене на магнитното поле, създадено от тока на намотката на статора.

В редица страни комутаторните машини също се класифицират като асинхронни машини. Друго име за асинхронни машини е индукцияпоради факта, че токът в намотката на ротора се индуцира от въртящото се поле на статора. Асинхронните машини днес съставляват по-голямата част от електрическите машини. Те се използват главно като електрически двигатели и са основните преобразуватели на електрическа енергия в механична енергия и се използват главно асинхронни двигателис ротор с катерица (ADKZ).

Предимства (за ADKZ):

1. Лесно производство.
2. Относителна евтиност.
3. Висока експлоатационна надеждност.
4. Ниски експлоатационни разходи.
5. Възможност за свързване към мрежата без преобразуватели (за товари, които не се нуждаят от контрол на скоростта).

Всички горепосочени предимства са следствие от липсата на механични комутатори в роторната верига и са довели до факта, че повечето от електродвигателите, използвани в индустрията, са асинхронни машини, изпълнени от ADKZ.

недостатъци:

1. Малък начален момент.
2. Значителен стартов ток.
3. Нисък фактор на мощността.
4. Сложността на контрола на скоростта с необходимата точност.
5. Максималната скорост на двигателя е ограничена от честотата на мрежата (за ADKZ, захранван директно от трифазна мрежа 50 Hz е 3000 rpm).
6. Силна зависимост (квадратична) на електромагнитния въртящ момент от захранващото напрежение (когато напрежението се промени 2 пъти, въртящият момент се променя 4 пъти; при DCT моментът зависи от захранващото напрежение на котвата на първа степен, което е по-благоприятно) .

Най-перфектният подход за отстраняване на горните недостатъци е захранването на двигателя чрез честотен преобразувател, в който управлението се осъществява по сложни алгоритми.