Асинхронные машины

 

Асинхронной называется электрическая машина, у которой одна совокупность обмоток получает питание от электрической сети переменного тока с постоянной частотой w_1, а другая совокупность обмоток замыкается накоротко или на электрические сопротивления. Токи во вторичных обмотках асинхронной машины появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота является функцией вращающего момента, приложенного к валу.

Скорость вращения ротора w₂ отличается от частоты сети. Величина s=(w₁- w₁)/w₁ называется скольжением. Теоретически она может принимать любое значение. При этом изменяется режим работы асинхронной машины: генератор (s<0), двигатель (0<s<1), тормоз (S>1).

Пуск асинхронного двигателя осуществляют подключением его статорных обмоток непосредственно к сетевому напряжению (прямой пуск), либо к напряжению, пониженному на время пуска одним из известных способов (переключением с “треугольника” на “звезду”, включением в цепь статора добавочных резисторов или реакторов, с помощь понижающего автотрансформатора).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя осуществляют следующими способами: изменением частоты сети; изменением числа полюсов и изменением скольжения. Последний способ обычно реализуют за счет изменения потерь в цепи ротора с помощью реостата либо за счет изменения питающего напряжения.

В процессе эксплуатации асинхронные двигатели могут работать в диапазоне нагрузок (механических мощностей) от холостого хода до номинальной. При этом изменяются его технические показатели (КПД h, коэффициент мощности cos j, потребляемая мощность P₁, момент M, скольжение s, частота вращения n).

Зависимости параметров от нагрузки называются рабочими характеристиками. Типичные рабочие характеристики асинхронных двигателей приведены на рис.7. При этом индексом “н” обозначены параметры, соответствующие номинальному режиму работы.

Рис. 6. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

 

Пример решения задачи по теме 3.

Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором P_н=10 кВт, номинальное напряжение U_н=380 B, номинальное число оборотов ротора n_н=1420 об/мин, номинальный к.п.д. h_н=0.84 и номинальный коэффициент мощности cosj_н=0.85. Кратность пускового тока I_п/I_н=6.5, а перегрузочная способность двигателя l=1.8. Определить: потребляемую мощность; номинальный и максимальный (критический) вращающие моменты; пусковой ток; номинальное и критическое скольжения. Построить механические характеристики M=¦(s) и n=¦(M).

 

Решение.

Потребляемая мощность

P_1н =P_н/h_н=10/0,84=11,9 кВт.

Номинальный и максимальный моменты:

M_н=9550·P_н/n_н=9550·10/1420=67,3 Н·м

M_м=lM_н=1,8·67,3=121 Н·м.

Номинальный и пусковой токи:

I_н=P_1н/( ·U_н·cos j_н)=11,9·1000/1,73·380·0,84=21,2 А;

I_п=6,5·I_н=6,5·21,2=138 А.

Номинальное и критическое скольжения:

s_н=(n₀-n_н )/n₀=(1500-1420)/1500=0,053;

s_к= s_н =0,053·(1,8+(1,8²-1)=0,175

Механические характеристики M=f(s) строятся по уравнению

. (ф-ла Клосса)

Задаваясь скольжением s от 0 до 1, подсчитываем вращающий момент. Скорость вращения ротора определяем из уравнения n=n₀(1-s), где n₀ об/мин-скорость вращения магнитного поля.

Расчетные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Расчетные данные для ассинхронного двигателя

N	s	n, об/мин	М, Н*м
	0,053		67,3
	0,04		104,3
	0,175		121,0
	0,2		120,5
	0,3		105,3
	0,4		88,8
	0,5		75,5
	0,6		65,2
	0,7		57,0
	0.8		50,5
	0,9		45,5
	1,0		41,2

 

Характеристики, построенные по данным таблицы 2,изображены на рис.8 и 9.

Рис. 7. Зависимость момента от скольжения

Рис. 8. Зависимость числа оборотов от момента

 

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия генератора переменного тока.

2. Какие требования предъявляются к обмотке статора и от чего зависит их выполнение?

3. Что такое шаг обмотки по пазам и какой должна быть его величина?

4. Какие применяются средства подавления высших гармоник ЭДС в обмотке статора?

5. Изложите порядок выполнения развернутой схемы трехфазной обмотки статора.

6. Почему лобовые части однослойных концентрических обмоток располагают в нескольких плоскостях?

7. Дайте сравнение двухслойных и однослойных обмоток статора, указав на их достоинства и недостатки.

8. Какие средства подавления высших пространственных гармоник применя­ют в машинах переменного тока?

9. Дайте сравнительную оценку сосредоточенной и распределенной обмоток статора с точки зрения величины и формы создаваемых ими МДС.

10. Как изменить направление вращения МДС обмотки статора?

11. Каково относительное значение магнитной индукции обратной составляю­щей поля статора при круговом, эллиптическом и пульсирующем магнитных полях?

12. Что такое скольжение асинхронной машины?

13. Каков диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы?

14. С какой целью обмотку статора асинхронного генератора подключают к сети трехфазного тока?

15. Каким образом асинхронный двигатель можно перевести в режим элект­ромагнитного торможения?

16. Объясните устройство короткозамкнутого и фазного роторов.

17. Из каких участков состоит магнитная цепь асинхронной машины?

18. Как влияет величина максимальной индукции в зазоре на свойства асин­хронного двигателя?

19. Для чего при расчете магнитного напряжения в воздушном зазоре вво­дят коэффициент воздушного зазора?

20. Как определить коэффициент магнитного насыщения машины?

21. Почему электромагнитные силы в электрической машине приложены главным образом к зубцам сердечника ротора, а не к проводникам обмотки?

22. Какие виды потерь имеют место в асинхронном двигателе?

23. Как определить на круговой диаграмме перегрузочную способность дви­гателя?

24. Какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных двигателей?

25. Каковы достоинства и недостатки пусковых свойств асинхронных двига­телей с фазным ротором?

26. Каковы достоинства и недостатки пуска двигателей непосредственным включением в сеть?

27. Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей при понижен­ном напряжении?

28. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных дви­гателей и дайте им сравнительную оценку.

29. Почему при частотном регулировании одновременно с частотой тока не­обходимо менять напряжение?

30. Почему однофазный асинхронный двигатель не создает пускового мо­мента?

31. Каковы условия получения вращающегося магнитного поля посредством двух обмоток на статоре?

32. Как можно повысить пусковой момент в конденсаторном двигателе?

33. С какой целью в двигателе с экранированными полюсами полюса делают расщепленными?