Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель с фазным ротором что это такое

Несимметрия сопротивлений вторичной цепи асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Для получения большего числа пусковых характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при ограниченном количестве пусковых ступеней применяют несимметричное подключение роторных сопротивлений. При таком регулировании при изменении положения контроллера сопротивление будет меняться только в одной фазе. Благодаря этому становится возможным получение почти в два раза большего количества механических характеристик, чем в случае включения симметричных сопротивлений.

Ниже показан пример схемы регулирования несимметричными сопротивлениями с помощью контроллера КТ-2005:

При симметричном управлении такая система может дать только две пусковые характеристики, а при несимметричном – пять. Однако такое несимметричное включение может неблагоприятно повлиять на механические характеристики при определенных условиях.

Рассмотрим режим работы такой системы при подключении обмоток ротора электродвигателя в звезду. При симметричном напряжении сети в статорной цепи протекают токи частоты сети. Из-за того, что сопротивление роторной цепи несимметрично, то и фазные токи в роторе тоже будут несимметричными. Такую систему вполне возможно разложить на симметричные составляющие прямой и обратной последовательности. Токов нулевой последовательности в данной системе не будет.

Роторные токи прямой последовательности с частотой f1S создадут МДС, которая вращается со скоростью ωS относительно ротора и, следовательно, неподвижную относительно МДС статора ω = ω(1 — S) — ωS = ω:

Токи имеющие обратную последовательность и ту же частоту f1S создадут МДС, которые будут вращаться со скоростью ωS относительно ротора, а относительно статора ω = ω(1 — S) — ωS = ω(1 – 2S). Таким образом, направления вращения МДС(создаваемой в роторе токами обратной последовательности) и ее величина будут функциями скольжения. При величине скольжения лежащего в пределах 0,5 S>0,5 на ротор действовать дополнительный положительный момент, изображенный на графике ниже:

При значении скольжения S = 0,5 магнитное поле ротора относительно обмоток статора будет неподвижно, ЭДС в них не будет индуктироваться, и момент обратной последовательности равен нулю. При уменьшении скольжения в диапазоне 0,5>S>0 знак дополнительного момента М2 изменится на противоположный. В результате действия этого момента наблюдается «провал» характеристики при скольжении близком к S = 0,5; что при большом статическом моменте нагрузки может вызвать прекращения разгона и «застрявание» асинхронного электродвигателя у половины его синхронной скорости.

Точные расчеты механической характеристики с учетом провала момента довольно сложны и выполняются с помощью метода симметричных составляющих. С приемлемой для практики точностью характеристики можно подсчитать для эквивалентных симметричных роторных сопротивлений. Под таким эквивалентным сопротивлением понимают такое сопротивление, которое дает такие же тепловые потери в цепи ротора, как и несимметричные. Эквивалентное сопротивление будет равно:

Для приближенного расчета данных сопротивлений задаются кратностью пускового момента

и значением Мп1. Для момента Мп1 при трогании с места определяют необходимое симметричное сопротивление эквивалентное несимметричному. Большее несимметричное сопротивление выбирается равным r2экλ, а меньшее r2эк/λ. На следующей ступени разгона эквивалентное сопротивление принимают за наибольшее несимметричное и так далее.

Помимо провала в механической характеристике имеется еще ряд обстоятельств, ограничивающий работу асинхронного электродвигателя с несимметричным сопротивлением в цепи ротора. В нашем случае взаимодействия между магнитными потоками и токами прямых и обратных последовательностей не учтены. Это обуславливает появление пульсирующих моментов, среднее значение которых будет равно нулю и не окажет влияния на механическую характеристику. Чрезмерно большие пульсации могут ограничивать допустимую несимметрию сопротивлений. Также наличие токов и потоков прямой и обратной последовательности значительно увеличивает потери в стали и меди и повышают возможность перегрева машины.

Производство и ресурсы

Система трёхфазных токов М.О. Доливо-Добровольского

После изобретения сербским инженером и ученым Никола Тесла вращающегося при помощи переменных токов магнитного поля и создания двухфазного индукционного двигателя значительный вклад в развитие техники многофазных токов (в первую очередь – трехфазных) принадлежит русскому инженеру Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому (рис.1) (далее Д-Д). Д-Д большую часть своей жизни провел в Германии, занимая руководящие должности в концерне AEG в Берлине, где он сделал серию изобретений, относящихся к системе трехфазных токов, ставших главным делом его жизни.

Первым шагом Д-Д в области техники трехфазных токов было создание конструкции короткозамкнутого ротора для двигателя переменного тока. Рассматривая двухфазный индукционный двигатель, Д-Д отметил, что в нем индуктированные в медном цилиндре токи взаимодействуют с вращающимся магнитным полем. Но медь плохой проводник для магнитного потока, поэтому КПД двигателя будет низким. Если же медный цилиндр заменить стальным, то магнитный поток резко возрастёт, но сталь будет плохим проводником для индуктированных в роторе токов. Поэтому в качестве выхода из этого противоречия Д-Д предложил выполнить ротор в виде стального цилиндра (что ведет к уменьшению магнитного сопротивления ротора), а в просверленные по периферии цилиндра отверстия закладывать медные стержни (что ведет к уменьшению электрического сопротивления ротора). На лобовых частях ротора эти стержни должны быть хорошо электрически соединены друг с другом. Так появилась обмотка ротора, получившая название «беличья клетка». Такие конструкции роторов асинхронных двигателей (рис.2) широко применяются и в настоящее время.

В результате исследования различных схем обмоток Д-Д сделал ответвления от трёх равноотстоящих точек якоря машины постоянного тока. Таким образом была получена система трёх токов с разностью фаз 120 эл. град., позволяющая создать вращающееся магнитное поле. Д-Д показал, что эта система токов обладает замечательным свойством: сумма всех трёх токов в такой связанной цепи в любой момент времени равна нулю. В каждый момент времени один из проводов (меняющийся периодически) является обратным проводом для двух других токов. Это позволяет для трёхфазной системы применять всего лишь три проводника, соединяющие генератор и двигатель, т.е. соединять их по схеме «треугольник».

В период 1888 – 1891 г.г. Д-Д построил:

— трехфазные одноякорные преобразователи и синхронные генераторы;

— трехфазные трансформаторы и асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным роторами;

— исследовал трехпроводные и четырехпроводные цепи трехфазного тока.

Это была вновь созданная область электротехники. Д-Д разработал все основные элементы этой комплексной системы и довел её до практического исполнения и внедрения в промышленность в чрезвычайно короткие сроки.

Изобретение трехфазного асинхронного двигателя (рис.3) ознаменовало собой начало нового этапа в развитии электропривода. Вскоре этот тип электродвигателя занял доминирующее положение в системе электропривода промышленных предприятий. Трехфазный ток оказался весьма удобным для передачи энергии на большие расстояния, иполучил всеобщее признание благодаря высоким качествам электродвигателей. Чрезвычайная простота асинхронного двигателя, особенно с короткозамкнутым ротором, позволяет устанавливать в каком-либо цехе сотни и тысячи таких двигателей, почти не требующих обслуживания.

Сначала асинхронные электродвигатели устанавливались для привода отдельных машин и станков. Затем в старых цехах стали заменять паровые машины, приводящие в движение трансмиссии, электродвигателями. Так возник групповой электропривод, который сохранял многочисленные трансмиссии и подчинял характер работы исполнительных механизмов характеру работы центрального приводного электродвигателя. Постепенно практика привела к признанию целесообразности одиночного электропривода. Этот вид привода освобождает промышленное предприятие от трансмиссий и, главное, позволяет работать каждому отдельному механизму при наивыгоднейших скоростях, а также позволяет ускорить процесс пуска в ход и в реверс.

Однако, короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, при всех своих достоинствах, при питании от сети стандартной частоты оставался двигателем с постоянной скоростью вращения. Возникла проблема регулирования их скорости.

Регулирование скорости электроприводов с асинхронными двигателями

1. Переключение числа пар полюсов

При изменении числа пар полюсов обмотки статора асинхронного двигателя изменяется скорость вращения магнитного поля статора и, следовательно, скорость вращения ротора. Создавая свой первый трехфазный асинхронный двигатель с ротором типа «беличье клетка», Д-Д при помощи переключений частей обмотки делал машину двух или четырёхполюсной [1]. Число пар полюсов может быть только целым, поэтому изменение скорости вращения двигателя может быть только ступенчатым. Вторым путем изменения числа полюсов является расположение в пазах статора асинхронного трехфазного двигателя двух отдельных, независимых друг от друга обмоток с различными числами полюсов. Подключая к сети ту или иную обмотку, получают различные скорости вращения ротора. Электромашиностроительные заводы в СССР выпускали двух – трех – и четырехскоростные асинхронные двигатели с одной и двумя обмотками на статоре. При двух независимых обмотках на статоре, с переключением числа полюсов 2:1, можно получить четыре разные скорости, например, 3000 (1500) об/мин. и 1000 (500) об/мин. Многоскоростные асинхронные электродвигатели (рис.4) нашли применение в машинах, выполняющих несколько операций и которые могут иметь привод со ступенчатым регулированием скорости. В том числе: в ряде металлорежущих и деревообрабатывающих станков, грузовых и пассажирских подъемников домов средней и малой этажности, лебедках нефтяных скважин и ряде других механизмов.

Читать еще:  Устройство и принцип работы вентилятора охлаждения двигателя

2. Введение сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя

Выполняя свои исследования Д-Д определил, что короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя в момент его пуска ведет себя, как трансформатор в режиме КЗ. При этом в цепи ротора протекают очень большие токи. Намагничивающая сила ротора в этом случае становится такой по величине, что почти полностью уравновешивает намагничивающую силу статора и потребляемый при этом из сети большой ток тратится почти исключительно на создание полей рассеяния. Установив, что «слишком короткое» замыкание обмотки ротора чрезвычайно сильно понижает пусковой момент Д-Д провел ряд экспериментов с двигателем, у которого менялось число витков, т.е. её сопротивление. Возникло противоречие – при большом сопротивлении обмотки ротора двигатель обладал хорошими пусковыми свойствами, но пониженными рабочими, а при малом сопротивлении резко ухудшались пусковые свойства, но рабочие характеристики были отличными.

Анализ возникших затруднений подсказал Д-Д выход из этого противоречия. Он пришел к мысли создать «переменную степень короткого замыкания». Эта идея была реализована в изобретении фазного ротора с кольцами и пусковыми устройствами (рис.5). В описании Д-Д говорится, что в цепь ротора можно ввести активное сопротивление в виде жидкости, ламп накаливания или металлического реостата. Регулируя таким образом ток в цепи ротора, можно не только создать наилучшие условия для пуска двигателя, но практически в произвольных пределах регулировать его скорость. Уместно отметить, что необходимость иметь при реостатном пуске на валу двигателя контактные кольца несколько снижала достоинства индукционного двигателя даже независимо от того, что реостат работал только в течение пуска, после чего роторная обмотка замыкалась накоротко. Однако в течение большей половины 20 столетия отсутствовало более совершенное и простое устройство для пуска асинхронных двигателей большой мощности, чем реостат в цепи ротора.

К достоинствам данного способа регулирования скорости относятся простота и относительно малые затраты.

Однако ему свойственны существенные недостатки:

— зависимость диапазона регулирования скорости от нагрузки, который суживается при ее уменьшении;

— уменьшение жесткости механической характеристики с увеличением сопротивления в цепи ротора;

— снижение КПД привода при регулировании скорости, так как значительная часть мощности тратится в регулировочном реостате.

Данный способ регулирования скорости используется в тех случаях, когда продолжительность работы с пониженной скоростью невелика и не требуется высокой точности регулирования скорости.

3. Использование каскадных установок

Для осуществления плавного и экономичного регулирования скорости нереверсивных приводов средней и большой мощности были предложены различные каскадные установки. В таких установках асинхронный двигатель с фазным ротором соединяется с другими электрическими машинами или вентильными преобразователями, при помощи которых осуществляется регулирование скорости. В отличие от реостатного регулирования, при котором энергия скольжения теряется в сопротивлениях, в каскадных установках она используется рационально.

Различают два типа каскадных установок [2, 3]:

— электромеханический каскад, в котором электрическая энергия скольжения преобразуется в механическую и передается на вал асинхронного двигателя (каскад Кремера);

— электрический каскад, в котором электрическая энергия скольжения после преобразования возвращается в электрическую сеть (каскад Шербиуса).

Принцип действия каскадных установок основан на введении в ротор асинхронного двигателя добавочной э.д.с. той же частоты, что и индуктируемая э.д.с.

Диапазон регулирования в каскадных установках не превышает 2:1. При более глубоком регулировании значительно возрастает суммарная мощность установки. Поэтому к середине 20 века сложные и дорогостоящие каскадные регулируемые установки, которые ограниченно применялись в прокатном производстве, утратили свое значение.

4. Изменение частоты питающего тока

В 1925 году будущий советский академик М. П. Костенко (рис.6) опубликовал статью, в которой были изложены основы теории работы асинхронного двигателя и в которой впервые изменение частоты рассматривалось как метод регулирования скорости асинхронных короткозамкнутых двигателей. Костенко математически вывел следующее общее положение: для обеспечения требуемых значений пускового момента и коэффициентов устойчивости, мощности и полезного действия необходимо одновременно с регулированием частоты определенным образом изменять и напряжения, подводимые к зажимам питания электродвигателя.

Общие закономерности регулирования скорости асинхронного двигателя изменением частоты источника питания были исследованы Костенко при различном характере изменения статического момента нагрузки (момент на валу постоянен, момент на валу изменяется обратно пропорционально частоте, момент на валу пропорционален квадрату частоты (привод гребных винтов)).

В 1906 году немецкий электротехник и изобретатель Артур Шербиус предложил явно полюсную трёхфазную компенсированную коллекторную машину с синусоидально распределенным вращающимся полем, возбуждаемую трёхфазным переменным током. Машина приводилась во вращение электрическим двигателем. При работе в качестве трёхфазного генератора переменного тока (старое название «альтернатор») на зажимах главной трёхфазной рабочей цепи будет действовать э.д.с., пропорциональная потоку возбуждения и скорости вращения, частота её при всех прочих условиях равна частоте тока возбуждения. Альтернатор также имел дополнительные полюса с обмотками, которые обеспечивали относительно хорошую коммутацию.

В 1916 году инженер Н.С. Япольский, выпускник Петербургского Технологического института, предложил применить многофазный коллекторный альтернатор с круговым вращающимся полем для питания ударных машин его системы (электрические молоты, копры и т.д.).

М. П. Костенко, в то время студент Петербургского Политехнического института, принимая с самого начала участие в разработке идеи коллекторного альтернатора для этой цели, пришел к выводу, что такой альтернатор с вращающимся полем сможет найти применение и для питания больших асинхронных двигателей, работающих при переменной скорости (шахтные подъёмники, дизель – электровозы, гребные винты и т.д.).

Костенко и Япольский предложили неявнополюсную трёхфазную компенсированную коллекторную машину с распределенной обмоткой возбуждения. По принципу действия эта машина была аналогична машине Шербиуса но лишена добавочных полюсов. Было также предложено подключить к альтернатору, вращающемуся с постоянной скоростью, агрегат для его возбуждения, состоящий из:

— синхронного генератора, возбуждающего альтернатор;

— двигателя постоянного тока, приводящего в движение синхронный генератор.

Изменение числа оборотов этого вспомогательного двигателя и изменение возбуждения синхронного генератора должны были изменять частоту и величину напряжения на выходных зажимах многофазного коллекторного альтернатора с целью изменения скорости вращения асинхронного короткозамкнутого двигателя. Такой альтернатор был построен и успешно испытан в Электромашинной Лаборатории Политехнического института.

Таким образом, теоретические основы оптимального частотного управления асинхронным приводом были успешно разработаны, и началась техническая реализация этих идей.

Литература:

1. Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. – М. – Л.: ГЭИ, 1958. – С.76.

Читать еще:  Установка своими руками дизельный двигатель на ниву

2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Часть 2, Машины переменного тока, изд. третье. – Л.: «ЭНЕРГИЯ», 1973. – С.615 – 621.

3. Полтава Л.И. Основы электропривода. – М.: «НЕДРА», 1970. – С.110.

Асинхронный генератор

Все известные виды генераторных устройств по особенностям своей работы делятся на синхронные и асинхронные машины, причем наибольшее распространение получила именно последняя разновидность. Их конструкция и принцип действия аналогичны асинхронным двигателям, но преобразование энергии в генераторе происходит в обратном направлении (из механической в электрический её вид). С тем, как выглядит асинхронный генератор в натуре, можно ознакомиться на рисунке ниже.

Подобно двигателям асинхронного типа, включённым в реверсном режиме (на торможение), при генерации энергии наблюдается примерно тот же эффект, приводящий к её частичному рассеиванию в виде тепла. Из этого следует, что КПД такого устройства сравнительно невелико.

Принцип работы

Хорошо усвоить принцип работы асинхронного механизма поможет предварительное ознакомление с основами функционирования генераторных машин синхронного типа. Дело в том, что синхронные и асинхронные генераторы по своему устройству и способу действия очень схожи и отличаются лишь небольшими деталями (конструкцией вращающегося ротора, в частности).

В механизмах первого класса используется ротор с размещёнными на нем постоянными магнитами. При его вращении от механического привода магнитные элементы наводят в статоре меняющееся по величине и направлению э/м поле, обеспечивающее протекание переменного тока в подключённой к его зажимам нагрузке. При этом сам ротор вращается без рассогласования с создаваемой им в катушках ЭДС (синфазно с ней).

В отличие от синхронных машин, асинхронный генератор характеризуется наличием небольшого отставания вращения роторного элемента устройства по отношению к наводимому в статоре электромагнитному полю. Последнее как бы тормозит его движение, что принято называть «эффектом скольжения».

Обратите внимание! Указанное явление объясняется особенностью конструкции ротора АГ, изготавливаемого в виде короткозамкнутой цельной решётки (так называемого «беличьего колеса»). Её внешний вид приводится на фото ниже.

При вращении приводного вала под воздействием внешнего механического импульса (от двигателя внутреннего сгорания, например) за счёт остаточного магнетизма статора в решётке такого ротора наводится собственная ЭДС. Вследствие этого оба поля (и подвижное, и неподвижное) начинают взаимодействовать друг с другом в динамическом режиме.

Поскольку поле в обмотках ротора наводится с задержкой относительно неподвижного статора генератора, он несколько отстаёт от наводимого в ней э/м поля (то есть вращается асинхронно).

Возможность управления

Ещё одной особенностью синхронного генератора (как, впрочем, и асинхронного) является то, что частота и амплитуда наводимой на зажимах статора ЭДС существенно зависит от скорости вращения ротора.

Важно! С изменением подключённой к генератору активной нагрузки пропорционально ей меняется и частота вращения вала генератора, что приводит к изменению характеристик создаваемой в статоре ЭДС.

Указанный недостаток вынуждает устанавливать в устройствах синхронного и асинхронного типа электронный регулятор напряжения и частоты, обеспечивающий поддержание этих параметров на должном уровне (схема регулятора приводится ниже).

Поскольку асинхронный генератор работает по принципу рассогласованного вращения полей подвижной и неподвижной части, обеспечить регулирование выходных параметров внутри системы не удаётся. Это объясняется невозможностью организовать мгновенную обратную связь по напряжению путём подачи части выходного сигнала со статора на ротор (в АГ могут применяться лишь внешние стабилизаторы напряжения).

В этом заключается ещё одно отличие асинхронных агрегатов от их синхронных аналогов, которые по всем остальным характеристикам очень схожи с первыми.

Преимущества и области применения

К числу достоинств асинхронных генераторов относят следующие их свойства:

  • АГ устойчивы к перегрузкам и КЗ, а также имеют сравнительно простую конструкцию (этим они отличаются от более сложных в исполнении синхронных машин);
  • Показатель нелинейных искажений синусоиды у них не превышает 2-х процентов (сравните 15 % у их синхронных аналогов);
  • Благодаря низкому значению клирфактора, асинхронные устройства гарантируют высокую устойчивость работы подключённых к ним БИП и ТВ приёмников;
  • При электропитании сварочного оборудования они обеспечивают существенное улучшение качества сварки;
  • Для стабилизации выходного напряжения в них могут применяться внешние устройства автоматического регулирования;
  • Роторы АГ при вращении выделяют ограниченное количество тепла, для компенсации которого не требуется мощных вентиляторных устройств.

Последнее свойство позволяет надёжно герметизировать внутреннюю полость агрегата, то есть защитить её от проникновения пыли и грязи. Благодаря этому обстоятельству существенно расширяется сфера применения асинхронных машин, способных работать в условиях большой запыленности и повышенной влажности.

Возможность герметизации способствует тому, что электрогенераторы асинхронного типа имеют больший показатель по сроку службы и могут эксплуатироваться при пониженных температурах. Добавим к этому, что к каждой из фазных обмоток этих агрегатов допускается подключать нагрузки различной мощности.

Дополнительная информация. Допустимый показатель неравномерности фазных нагрузок (разница потребляемых ими токов) составляет для АГ порядка 70%, что невозможно реализовать при работе с синхронными агрегатами.

К легко устранимому в процессе эксплуатации недостатку следует отнести довольно «тяжелые» пусковые характеристики генератора, что удаётся исправить за счёт установки в них специальных стартовых усилителей (рисунок далее по тексту).

Указанные устройства обеспечивают возможность плавного вывода генератора в рабочий режим даже при значительных по величине пусковых токах.

Во всём остальном АГ обладают бесспорными преимуществами над синхронными машинами, некоторые различия с которыми были рассмотрены ранее. Благодаря этим достоинствам, они широко применяются в качестве источников электроэнергии в следующих хозяйственных областях:

  • Для энергоснабжения оборудования с реостатным или рекуперативным режимом торможения (подъёмные краны, транспортёры и тому подобное);
  • В промышленном оборудовании, не нуждающемся в компенсации паразитной реактивной мощности и к которому не предъявляют высоких требований по качеству поставляемой энергии;
  • В бытовых и полевых условиях, где требуются источники дешёвой электроэнергии с механическим приводом от дизельного двигателя;
  • В качестве мощного зарядного устройства, обеспечивающего подзарядку АКБ в автомастерских, например.

Помимо этого, они могут использоваться как источники электроснабжения, к которым подключаются сварочные агрегаты, а также для обеспечения бесперебойного питания особо важных объектов здравоохранения.

Виды асинхронных машин

Различные виды АГ могут отличаться по следующим рабочим характеристикам:

  • Типом вращающейся части генерирующего устройства – его ротора;
  • Количеством выходных или статорных обмоток в генераторе (числом рабочих фаз);
  • Схемой включения катушек трехфазного генератора – треугольником или звездой, а также способом их размещения и укладки на полюсах статора (фото ниже);

  • Наличием или отсутствием отдельной обмотки возбуждения.

В соответствие с первым из этих признаков, все известные разновидности АГ оснащаются короткозамкнутым или фазным ротором. Первый из них изготавливается в виде цельной конструкции цилиндрической формы, состоящей из отдельных штырей с двумя замыкающими их кольцами (типа «беличье колесо»).

Фазный ротор, в отличие от своего короткозамкнутого аналога, имеет индуктивную обмотку из изолированного провода, обеспечивающую создание динамического электромагнитного поля. Из-за особенностей своей конструкции такой ротор имеет высокую стоимость изготовления и нуждается в специализированном обслуживании.

Выходные обмотки статора, как и весь генератор, могут быть однофазными или трехфазными, что определяется непосредственным назначением данного агрегата (когда требуется источник напряжения 220 или 380 Вольт). Относительно первого из этих исполнений всё достаточно ясно, а вот у трехфазной модификации АГ имеется ещё одна особенность, касающаяся электрической схемы включения обмоток.

Известно, что для формирования любой трехфазной питающей сети в электротехнике применяются два вида включения обмоток, смещённых в векторном представлении одна относительно другой на 120 градусов. Это:

  • Включение звездой, когда начала катушек соединены в одной точке, где формируется нулевая жила, а их концы расходятся по трём линиям питания (вместе с нулевым проводом их получается четыре, как это указано на фото ниже);
Читать еще:  Что делают с двигателем когда увеличивают его мощность

  • Подсоединение по схеме «треугольник», при котором конец одной катушки соединяется с началом второй и так далее до полного замыкания цепочки. Второй вариант включения используется в 3-х проводных линиях энергоснабжения, поскольку в этой схеме отсутствует нулевой провод.

В каждом изделии АГ подключение по той или иной схеме реализуется вполне конкретными способами, позволяющими поместить провода всех обмоток статора между полюсами его сердечника. Они наматываются таким образом, чтобы каждая секция фазных катушек A, B и C была сдвинута по окружности одна относительно другой точно на 120 градусов.

В заключение обзора генераторных устройств обратим внимание на возможность изготовления АГ из асинхронного двигателя. Подобная перспектива появляется, благодаря известному принципу обратимости действия электрических машин, согласно которому направление преобразования энергии может выбираться произвольно.

Видео

Насос и его двигатель. Насос-двигатель

Насос и его двигатель. Насос-двигатель

Мы каждый день узнаем о насоса что-нибудь новенькое, такое, о чем мы раньше, по многим причинам, и не задумывались. У нас есть насос, он прекрасно качает воду из источника, которой хватает на полив сада-огорода и пользование ею всеми членами семьи и на работу всей бытовой техники. Зачем нам знать еще больше об этом удивительном агрегате?

Мы даже знаем сейчас, что каждый, в принципе, бытовой насос, в зависимости от его конструкции, можно использовать, как в качестве перекачивающего устройства, придав ему механическую энергию внешнего привода, так и в качестве двигателя, через который можно получить дополнительную энергию. Например, раскручивая ротор электродвигателя насоса струей поступающей жидкости, можно, при некотором изменении конструкции, получить источник электроэнергии в доме.

Если взять более простые конструкции, то можно привести пример водяной мельницы, где двигателем и своеобразным механическим насосом можно рассматривать ее водное колесо. Многие, если не сказать, большинство гидронасосов имею возможность обратного применения.

Но сейчас речь пойдет совсем о другом. Мы поговорим о стандартном применении гидронасосов и источниках энергии для них, которые применяются в бытовых и промышленных агрегатах перекачки воды. Мы будем говорить о самом выгодном виде механических двигателей для насосов – электродвигателях, которые имеют самое широкое распространение в насосах, как бытовых, так и во всех отраслях промышленности.

Асинхронный электродвигатель. Плюсы и минусы применения. Конструкции типов

Положительные стороны от применения электродвигателей в работе насосов видны с первого раза: это частые включения (повторные пуски) двигателей в работу в зависимости от водных параметров в магистрали, малое энергопотребление, простота конструкций и выгодность производства, динамичность и малые размеры электродвигателей и многое другое.

Мы разберем самый «выгодный» в производстве и простой в бытовом применении асинхронный электродвигатель (индукционный двигатель), как электрическую машину переменного тока с частотой вращения ротора меньшим по сравнению с частотой магнитного поля, которое создается токами в обмотке статора:

Он прост в изготовлении;

Имеет относительно низкую цену;

Надежен и неприхотлив при работе;

Энерго- и эксплуатационно малозатратен;

Имеет простой доступ к подключению в домашнюю электросеть без дополнительных преобразующих устройств;

Нет необходимости регулировать частоту вращения ротора.

Но при этом такие электромашины с асинхронным (индукционным) двигателем:

Имеют низкий по силе пусковой момент;

Большую величину пускового тока;

Мощность с низким коэффициентом;

Сложности с регулировкой скоростных характеристик ротора и отсутствие необходимой точности вращения;

Скоростные характеристики вращения ротора ограничиваются частотными показателями сети (бытовая сеть имеет частоту в 50 Гц – двигатель может максимально развить обороты не более 3000 в минуту);

Огромная (в квадрате) связь электромагнитного поля на статоре с напряжением в сети – при любом изменении напряжения в 2 раза, вращающий момент двигателя измениться в 4 раза, что намного хуже таких же показаний в электродвигателях на постоянном токе.

Для людей далеких от всяких технических конструкций проведем легкий «ликбез»:

Асинхронный электродвигатель имеет в своей конструкции статор (часть электромотора, которая находится в неподвижном, стабильном положении) и ротор (часть, которая вращается при подключении двигателя к сети), они разделены воздушным зазором и не соприкасаются между собой;

Статорная обмотка является многофазной (3-хфазной), с проводниками равноудаленными один от другого на 120 градусов относительно оси вращения;

Магнитное поле возникает в магнитопроводе статора, который меняет полярность под воздействием частоты тока проходящего по обмотке. Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, собранных методом шихтовки в общий блок;

Роторы в асинхронном двигателе могут быть конструктивно 2-х типов: короткозамкнутый и фазный. Их единственное различие – это исполнение обмотки на роторе, при аналогичном магнитопроводе как у статора.

Короткозамкнутый ротор имеющий обмотку в виде «беличьего колеса» по аналогии конструкции, собирается из алюминиевых (иногда из меди или латуни) стержневых проводников, которые замкнуты с 2-мя торцевыми кольцами, проходя через специальные пазы в сердечнике ротора.

У такого типа обмоток ротора при нерегулируемом пуске образуется не очень большой по величине пусковой момент, но требующий больших величин тока. Сейчас применяют в основном роторы с глубокими пазами для стержней, что позволяет увеличить сопротивление в обмотке и уменьшить величину пускового тока. Из-за таких недостатков раньше мало применяли короткозамкнутую схему обмотки ротора, но теперь при развитии линии частотных преобразователей многие фирмы достигли эффекта плавного пуска электродвигателей, регулируя наращивание частоты пускового тока.

Так появились электромашины с короткозамкнутой схемой ротора со ступенчатым регулированием скорости вращения вала, появились многоскоростные электродвигатели с изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

Разновидностью асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором считаются двигатели с массивными роторами, где эта деталь механизма изготовлена полностью из ферромагнитного материала (стальной цилиндр) – это одновременно и магнитопровод и обмотка-проводник. Вращение ротора здесь происходит за счет создания индукции магнитного поля ротора, во взаимодействии с вихревыми токами магнитного потока статора. Такие конструкции намного проще изготавливать, следовательно они обходятся дешевле в производстве, имеют большую механическую прочность, что очень необходимо для машин с большой скоростью вращения и они имеют более высокую величину пускового момента.

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазовым ротором

Асинхронные электродвигатели с фазовым ротором допускают плавное регулирование скорости вращения вала ротора в широком диапазоне. Фазный ротор содержит в своей конструкции многофазную (3-хфазную) обмотку, выведенную на 2 контактных кольца, которые соединены с ротором единой конструкцией. Соединение с регулированной по величине напряжения электросетью происходит за счет графитовых или металлографитовых щеток, соприкасаемых с кольцами в единую цепь с обмотками ротора.

В конструкцию управления работой ротора входят так же:

Пускорегулирующий реостат, как активное сопротивление к каждой фазе;

Дроссели индуктивности каждой фазы роторного узла, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить пусковые токи и держит их на постоянном уровне;

Дополнительны источник постоянного тока, что позволяет получать величины синхронной электромашины, то есть зависимость оборотов от частоты напряжения на ротора без разниц величин;

Для управления скоростными характеристиками и электромагнитными полями на роторе включено питание установки от инвертора для машин с двойным питанием. Но возможно использовать эту конструкцию без помощи инвертора с заменой фазировки на противоположную от статорной.

Возможны еще несколько вариантов электродвигателей для насосов. Например, трёхфазный коллекторный асинхронный двигатель с питанием со стороны ротора и другие электромашины.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector