Асинхронный двигатель с фазным ротором и его характеристика - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором и его характеристика

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Пожалуй, нет ни одного серьезного механизма или машины, где не применялись бы электрические двигатели. В автомобиле, с стиральной машине, сельхозтехнике и мелких бытовых приборах — везде используется электрический двигатель. Наибольшее распространение получил асинхронный электрический двигатель и о нем сегодня мы поговорим.

Содержание:

Синхронные и асинхронные двигатели в машиностроении и в быту

Благодаря своей простоте и экономичности, асинхронный электромотор может пригодиться не только в машиностроении и в быту, но мы рассмотрим именно такие двигатели, которые встречаются чаще всего. Причиной популярности асинхронного двигателя переменного тока стали его доступность, возможность подключения к любой розетке электропитания без всяких выпрямителей и согласовательных устройств, а также простотой обслуживания и ремонта в случае чего.

Существуют два вида асинхронных электромоторов — с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Но для начала стоит разобраться в конструкции и узнать принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, после чего станет понятна причина его популярности. Несмотря на то, что асинхронный мотор был разработан еще в конце 19 века, до сих пор его конструкция особенных изменений не претерпела.

Преимущества АС двигателя

Главной особенностью характеристик этого двигателя и самым ценные их проявлением, считают тот факт, что нагрузка на двигатель практически никак не зависит от частоты вращения вала. Магнитные поля и электродвижущую силу изучают уже лет двести, а наш асинхронный двигатель стал лучшим подтверждением тому, это один из самых эффективных методов трансформации энергии.

Принцип работы этого мотора как раз основан на взаимодействии подвижного магнитного поля и токопроводящего элемента, распложенного внутри этого поля. Двигатель, как известно еще со школьной скамьи, состоит из двух базовых узлов — рoтора и статора. Статoр как раз генерирует вращающееся магнитное поле. Конструктивно, статoр представляет собой металлический сердечник, на него намотана обмотка из медной проволоки с термолаковой изоляцией.

Внутри статора, внутри его магнитного поля, поместили ротор, который представляет собой вал с сердечником и обмоткой. На рисунке ниже изображена схема устройства асинхронного мотора.
По схеме понятно, что статор состоит из наборных пластин и нескольких обмоток, которые намотаны на пластинчатый сердечник. Эти обмотки могут подсоединяться по разным схемам, в зависимости от типа напряжения. Каждая их обмоток сдвинута друг отнoсительно друга на 120 градусов. А ротор такого двигателя может быть принципиально двух типов.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Короткозамкнутый ротор и его особенности

Короткoзамкнутый ротор представляет собой наборной сердечник из специальной листовой стали. Сердечник имеет каналы, которые не изолируют обмотки друг от друга, а наоборот — они залиты расплавленным легкоплавким легким металлом, а он образует прутки, которые в торцах фиксируются на кольцах.

Металл, из которого выполняют эти прутки и которым заливают пространства между сердечниками, зависит от требуемых характеристик двигателя и это может быть как медь, так и алюминий.

Как работает магнитное поле

Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.

За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.

Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Асинхронные двигатели с фазным ротором применя­ют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой (краны, лифты и пр.). В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата .

Рис. №1. Основные части АД с фазным ротором:

1-приспособление для поднятия щёток; 2- подшипниковый щит; 3- траверса; 4- щёткодержатель; 5- обмотка статора; 6- станина; 7- сердечник статора; 8- клеммная коробка; 9- сердечник ротора;10- контактные кольца; 11- обмотка ротора.

Магнитная система. В асинхронных двигателях ротор и cтатop собраны из листов электротехнической стали, изолированных один от другого изоляционной лаковой пленкой, окалиной и пр. (рис.3), в результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали статора и ротора при вращении магнитного поля. Листы статора и ротора имеют пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы, в которых располагаются проводники соответствующих обмоток. В статоре чаще всего применяют полузакрытые пазы прямоугольной или овальной формы, а в машинах большой мощности – открытые пазы прямоугольной формы.

Читать еще:  В чем разница двигателей tsi и tfsi

Сердечник статора 7 запрессовывают в литую станину 6 и укрепляют в ней стопорными винтами. Сердечник ротора 9 напрессовывают на вал ротора который вращается в шариковых или роликовых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах 2 и 12. Воздушный зазор между статором и ротором стремятся сделать минимально возможным.

Обмотка статора. Обмотка статора выполняется из проводников круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются между собой, образуя ряд катушек. Все катушки расчленяются на одинаковые группы по числу фаз, которые распола­гаются симметрично вдоль окружности статора или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются между собой, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазового тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей.

Простейшим элементом обмотки является виток, состоящий из двух проводников, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии. Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяются в одну или две пазовые катушки. Иногда их называют секциями. Они укладываются таким образом, что в каж­дом пазу размещается одна сторона катушки или две стороны — одна над другой. В соответствии с этим различают однослойные и двухслойные обмотки.

Фазы обмотки статора всегда сдвинуты одна относительно другой на 120 электрических градусов независимо от того, сколько полюсов в машине, т. е. на какой геометрический угол они в действительности сдвинуты между собой. частями обмотки. (ярусах). Отдельные фазы обмотки статора могут соединяться в звезду или треугольник. Для этой цели начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам клеммной коробки двигателя.

Обмотка ротора.В двигателях с фазным ротором обмотку ротора выполняют, так же как и обмотку статора, в виде системы из нескольких катушек, объединенных в три фазы. Последние сдвинуты одна относительно другой на 120 электрических градусов. Число полюсов обмотки статора и ротора берется одинаковым. Обмотку фазного ротора обычно соединяют в звезду. Концы ее присоединяют к трем контактным кольцам, к которым посредством щеток подключают трехфазный пусковой реостат ( рис. 1), т.е. в каждую фазу ротора в момент пуска вводят дополнительное активное сопротивление.

Для уменьшения износа контактных колец и щеток двигатели с фазовым ротором иногда снабжают приспособлениями для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата.

В большинстве случаев двигатели снабжены вентиляторами, насаженными на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность.

Рис.4. Электрическая схема подключения фазного ротора к пусковому реостату:

1- рубильник; 2- предохранитель; 3- статорная обмотка; 4- роторная обмотка; 5- контактные кольца;

6- пусковой реостат.

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 11 ; Нарушение авторских прав

Принцип действия асинхронного двигателя

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АД С ФАЗНЫМ РОТОРОМ.

Цель работы:Определить влияние величины сопротивления в цепи фазного ротора на чистоту фазного ротора.

Теоретические положения

.Устройство асинхронной машины

Обмотка статора 2 представляет собой трехфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещены равномерно по окружности статора.

Рисунок. 5.1 — Электромагнитная схема асинхронной машины

Фазы обмотки статора , и соединяют в звезду или треугольник и Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. По конструкции двигатели подразделяют на два основных типа: с фазным ротором (их иногда называют двигателями с контактными кольцами) и с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь формой выполнения ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором . На статоре расположена трехфазная обмотка (одно- или двухслойная), которая при подключении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки». Такая обмотка является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет. Беличья клетка состоит из медных или алюминиевых стержней, замк­нутых накоротко с торцов двумя кольцами Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции.. В двигателях боль­шой мощности беличью клетку выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца В двигателях малой и средней мощности бе­личью клетку получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сер­дечника ротора Вместе со стержнями беличьей клетки отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машин. Особенно пригоден для этой цели алюминий, так как он обладает малым удельным весом, легко­плавкостью и достаточно высокой электропроводностью.

Читать еще:  Большой расход масла в двигателе на киа сид

Рисунок. 5.2 — Конструкция короткозамкнутого ротора:

1 – сердечник ротора; 2 – стержни; 3 – короткозамыкающие кольца; 4 – лопасти вентилятора.

В электрическом отношении беличья клетка представляет собой многофазную об­мотку, соединенную звездой и замкнутую накоротко.

Число фаз обмотки равно числу пазов ротора , причем в каждую фазу вхо­дят один стержень и прилегающие к нему участки короткозамыкающих колец.

Двигатели с фазным ротором обмотка статора выполнена таким же образом, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Об­мотку ротора обычно соединяют звездой, три конца которой выводят к трем контактным кольцам, которые крепятся на валу машины. С помощью металлографических щеток, скользящих по контактным кольцам, в цепь обмотки ротора включают пусковой или пускорегулирующий реостат с целью ограничения пускового тока и увеличения пускового момента.

Рисунок. 5.3 — Асинхронный двигатель с фазным ротором (а), и схема его включения (б):

4 – сердечник ротора, 7 – кольца, 8 – пусковой реостат.

Принцип действия асинхронного двигателя

Электромагнитная схема асинхронной машины отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размешена на неподвижном статоре, а вто­ричная — на вращающемся роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор. При питании трехфазным током обмотки статора создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная) . Если ротор неподвижен или вращается с частотой, меньшей , то вращающееся поле индук­тирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент.

Относительную разность частот вращения маг­нитного поля статорной обмотки и ротора называют скольжением:

.

Скольжение часто выражают в процентах:

.

Очевидно, что при двигательном режиме:

.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и ак­тивной составляющей тока ротора, т.е. асинх­ронная машина перейдет в генераторный режим При этом изменит свое направление и магнитный момент , который станет тормозящим. В данном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть. В генераторном режиме .

Если изменить направление вращения рото­ра (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противопо­ложных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в провод­никах ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина бу­дет получать из сети активную мощность. Однако в таком режиме электромагнитный момент направлен против вращения ротора, т.е. является тормозящим. Этот режим ра­боты асинхронной машины называют электромагнитным торможением. В режиме электро­магнитного торможения направление вращения ротора является отрицательным (по отно­шению к направлению магнитного поля, поэтому , а .

На практике чаще всего встречается двигательный режим асинхронной машины.

Описание схемы.

Асинхронный двигатель М получает питание от источника переменного3-х фазного тока “G1” через трансформаторную группу “А2”и автомат “А6”. В цепь ротора АД введено пускорегулировочное сопротивление- блок “А9”. В качестве нагрузочного узла применяется генератор постоянного тока независимого возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание от регулируемого источники питания “G2”. В качестве нагрузочного сопротивления в цепи якоря генератора применяется блок “A10”. Для контроля тока и напряжения в цепи якоря применяется амперметр А2 и вольтметр V2; для контроля тока в цепи статора применяется амперметр “A1”, для контроля мощности – измеритель мощности “P2”. Для контроля скорости применяется прибор “n”- Р5 и датчик скорости “B”.

Испытуемый двигатель, генератор и тахогенератор находятся на одном валу.

Данные по аппаратуре приведены в таблице 5.1.

Перечень аппараты.

Рисунок 5.11 – Принципиальная схема опытной установки

Синхронный реактивный двигатель

Из всех типов синхронных двигателей малой мощности реактивный двигатель является самым распространенным. Он применяется в системах синхронной связи, в установках звукового кино, звукозаписывающих аппаратах (магнитофоны), в лентопротяжных механизмах магнитной памяти вычислительных устройств, в медицинской и бытовой аппаратуре — как приводной двигатель. Двигатель прост по конструкции и дешев.

Синхронный реактивный двигатель мало отличается от асинхронного с коротко-замкнутым ротором. На статоре имеются две обмотки, последовательно с одной из которых включен конденсатор (рис. 12-5) для получения вращающегося магнитного потока. Ротор — с короткозамкнутой обмоткой, но имеет на окружности осевые вырезы (рис. 12-12), благодаря чему образуются выступы, без которых двигатель в синхронном режиме работать не может. Принцип работы двигателя объясняется на рис. 12-13.

Рис. 12-11. Однофазный асинхронный двигатель с встроенным пусковым сопротивлением.

Четырехполюсный поток заменен условно полюсами магнитов. Если между ними поместить ротор в виде цилиндра, то он будет находиться в покое при любом положении.

Однако в том случае, когда он имеет выступы по числу полюсов, он будет в равновесии только в двух положениях: когда угол между осями полюсов и осями выступов равен нулю (ϴ = 0) или когда этот угол равен 90 эл. град (рис. 12-13, а и 12-13, б). Однако в последнем случае равновесие неустойчивое. При малейшем отклонении от него ротор возвращается в положение, соответствующее углу ϴ = 0, при котором магнитное сопротивление наименьшее. Если полюсы (поток) начнут вращаться (рис. 12-13, в) и появляется угол рассогласования 8, то ротор всегда будет вращаться синхронно с потоком (с полюсами), так как будет существовать усилие, стремящееся уменьшить угол ϴ.

Читать еще:  Хендай гетц 2008 какое масло в двигатель

Рис. 12-12. Ротор однофазного синхронного реактивного двигателя.

Для того чтобы получилось указанное положение, ротор должен быть предварительно приведен во вращение со скоростью, близкой к синхронной. Поэтому ротор снабжен короткозамкнутой обмоткой и в начале двигатель работает, как асинхронный, а затем ротор втягивается в синхронизм. Ток в обмотке ротора становится равным нулю и двигатель вращается за счет реактивного момента между вращающимся потоком и выступами ротора. Эти двигатели в однофазном исполнении строятся на мощность до двух десятков ватт при п1 = 1 000 ÷ 1 500 об/мин. Недостатки этих двигателей — большой вес на единицу мощности, низкие к. п. д. и cos φ.

Рис. 12-13. Принцип работы однофазного синхронного реактивного двигателя.

ДВУХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФЕРРОМАГНИТНЫМ ПОЛЫМ ИЛИ МАССИВНЫМ РОТОРОМ

Этот двигатель имеет обычную двухфазную обмотку и ферромагнитный ротор в виде полого, или сплошного массивного цилиндра. Так как вращающийся магнитный поток замыкается через ферромагнитный ротор, то внутренний статор подобно показанному на рис. 12-6, отсутствует. Вращающийся поток наводит в поверхности ротора вихревые токи, которые совместно с потоком создают вращающий момент. Активное сопротивление ротора велико (r2 > х2), что обеспечивает большой пусковой момент, устой чивость работы двигателя на всем диапазоне работы и отсутствие самохода. Механические и регулировочные характеристики (рис 12-9 и 12-10) близки к прямолинейным и тем ближе, чем больше частота питающей сети. Скорость двигателя широко регулируется, а конструкция проста и надежна в эксплуатации. Недостаток двигателя — малые к. п. д. и cos φ. Двигатели широко применяются в схемах автоматики при мощности 5—300 вт и являются конденсаторными двигателями.

В тех устройствах, где стремятся увеличить момент инерции вращающихся частей (магнитофоны, гироскопы), указанные двигатели применяются в обращенном исполнении, когда обмотка статора помещается неподвижно на цилиндре, подобном показанному на рис. 12-7, а ротор в виде стального полого цилиндра вращается вокруг статора.

ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СО ВСТРОЕННЫМ ПУСКОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Для пуска такого двигателя требовалось включение конденсатора, который даже при мощностях двигателя 50—200 вт должен иметь емкость 20—30 мкф. Размеры этого конденсатора обычно превышают размеры двигателя, что совершенно исключает их применение для многих схем автоматики.

Двигатель данного типа работает без конденсатора (рис. 12- 11) и устроен следующим образом. Статор двигателя, подобно показанному на рис. 10-31, имеет две обмотки. Рабочая обмотка 1 занимает дне трети пазов статора, имеет большое; число витков и обладает большим индуктивным сопротивлением. Пусковая обмотка 2 лежит в оставшейся части пазов и при малом числе витков имеет большое активное сопротивление по сравнению с индуктивным. Таким образом, по обмоткам, смещенным на 90 эл. град, протекают два тока, сдвинутые по фазе почти на четверть периода и образуют вращающийся маг нитный поток, увлекающий ротор 3. Эти двигатели выгодно отличаются от трехфазных с пусковой емкостью по своим пусковым характеристикам и строятся при р = 1 —2 на мощности 18 —600 вт в закрытом обдуваемом исполнении.

ТРЕХФАЗНЫЙ И ОДНОФАЗНЫЙ СИНХРОННЫЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Указанные выше недостатки реактивных синхронных двигателей заставляют при малых мощностях (3—20 вт) применять гистерезисные синхронные двигатели. Двигатель имеет трехфазную или однофазную (рабочую и пусковую) обмотку статора и массивный (или шихтованный) ферромагнитный ротор.

Однако если для электрических машин обычно применяется сталь с узкой петлей гистерезиса, то для ротора гистерезисного двигателя применяется магнитно-твердый материал — викеллой с широкой петлей гистерезиса. Для удешевления ротор делается сборным (рис. 12-14) и состоит из втулки 1, сидящей на валу 2, и наружного цилиндра 3 из магнитно-твердого материала.

Рис. 12-14. Ротор синхронного гистерезисного двигателя.

Если представить, что ротор помещен во вращающийся магнитный поток, который на рис: 12-15 заменен двумя полюсами то в его наружном цилиндре элементарные магнитики вследствие молеку лярного трения не смогут мгновенно поворачиваться вслед за осью вращающегося потока. На эти магнитики будут действовать тангенциальные силы FT и создавать гистерезисный момент Мг.

Рис. 12-15. Принцип работы синхронного гистерезисного двигателя.

Ротор будет увлекаться с синхронной скоростью вслед за потоком. Между осью вращающегося потока и осью элементарных магнитиков образуется угол рассогла сования ϴ, который зависит только от коэрцитивной силы материала.

При пуске двигателя результирующий момент состоит из суммы: гистерезисного момента и момента, создаваемого вихревыми токами Мв. Поэтому пусковой момент значителен. В нормальном режиме двигатель вращается синхронно за счет гистерезисного момента, так как при синхронной скорости вихревые токи в роторе отсутствуют.

Статья на тему Синхронный реактивный двигатель

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector