Auto-park24.ru

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

Холостой ход трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигательэто асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой«. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1-n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Преимущества двигателей с короткозамкнутым ротором

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: виток с током в магнитном поле. Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.

Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Другие статьи про асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на Электрик Инфо:

Фазный ротор

Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется промышленный частотный преобразователь.

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

Читать еще:  В двигателе масло белое что это такое

Асинхронные двигатели подразделяются на два вида, одни имеют короткозамкнутый ротор, вторые – фазный. Большинство используемых электрических двигателей являются асинхронными, имеющими короткозамкнутый ротор. Их широкое применение в первую очередь обуславливается простотой в обслуживании, эксплуатации, простотой конструкции, низкой стоимостью и высокой надежностью. Что касается недостатков, то такие модели имеют малый пусковой и большой спусковой ток, чувствительны к изменениям параметров в сети, для плавного регулирования скорости понадобиться преобразователь частоты.

Помимо этого асинхронные двигатели из сети потребляют реактивную мощность. Предел их применения определяется мощностью системы электроснабжения определенного предприятия. Большинство пусковых токов при малой мощности системы могут создавать значительные понижения напряжения.

При использовании двигателей с фазным ротором можно снизить пусковой ток, тем самым увеличить пусковой момент, благодаря введению пусковых реостатов в цепь ротора. Правда, из-за усложненной конструкции и увеличения стоимости применение данных электродвигателей ограничено. В основном их применяют как приводы механизмов с тяжелыми пусковыми условиями. Чтобы уменьшить пусковые токи асинхронного двигателя, который имеет короткозамкнутый ротор, необходимо использовать преобразователь частоты или устройство с плавным пуском.

Системы, которые имеют ступенчатое изменение скорости, такие как лифты, лучше всего работают на многоскоростных асинхронных двигателях. Механизмы, которые требуют остановку на некоторое время и фиксацию вала при исчезновении напряжения питания, работают на асинхронных двигателях с электромагнитным тормозом, такие как лебедки или металлообрабатывающие станки.

Асинхронным двигателям трудно найти замену. Асинхронным считается мотор, работающий от переменного тока, в котором обороты ротора, не совпадают с оборотами магнитного поля, инициирующего ток в обмотке статора.

Общее описание

У асинхронной машины по сравнению с машиной постоянного тока полюса не явно выражены, т. е. это неявнополюсная магнитная система. Чтобы уменьшить вихревые токи, статорный сердечник набран из изолированных штампованных стальных листов 0,35-0,5 мм в толщину, закрепленных в стальном остове. Пазы статора заполнены обмоткой из медного провода. Обмотки статорных фаз могут соединяться в «звезду» или «треугольник», для этого их входы и выходы располагаются на специальном изолированном от корпуса щитке. Это создает массу удобств, поскольку есть возможность подводить к обмоткам статора напряжение разной величины. Ротор в асинхронной машине, как и охватываемая деталь, состоит из электротехнических стальных листов, а в пазы заложена обмотка. В функции от исполнения ротора асинхронных моторов машины бывают короткозамкнутыми и фазными. Не изолированная обмотка из меди короткозамкнутого ротора в виде стержней укладывается в его пазах. Торцы стержней соединяют медные кольца. Обмотка такого типа названа «беличьей клеткой». Иногда вместо нее пользуются отлитым узлом вращения. Из асинхронных машин с фазным ротором (наличие контактных колец) состоят мощные приводы. Также ими создается большое усилие в момент трогания с нуля. С этой целью в их обмотки включается реостат пуска. В мощных машинах между ротором и статором зазор составляет 1-1,5 мм, в моторах малой мощности он и того меньше. Вал опирается на подшипники, установленные в крышках.

Принцип работы

Движущей силой в асинхронной машине является магнитное поле вращения. Как это работает, можно рассмотреть на следующем примере. При вращении П-образного магнита, между полюсами которого расположен свободно вращающийся металлический цилиндр, поле магнита, вращаясь, будет пересекать ротор посредством своих силовых линий. Внутри ротора при этом наведутся токи Фуко и магнитное поле. Эти поля, взаимодействуя друг с другом, начнут крутить ротор. Магнит и, создаваемое им поле, будут вращаться синхронно, а обороты цилиндра отставать (асинхронность). Отсюда и пошло наименование асинхронной машины. Запаздывание вращения ротора по отношению к магнитному полю, есть скольжение.
В данном примере источником циркуляции магнитного поля и ротора является приводимый во вращение постоянный магнит. Понятно, что это еще не есть электродвигатель, в котором циркулирующее магнитное поле должно создаваться электрическим током, и приводить во вращение ротор. Эту задачу удалось решить М. О. Доливо-Добровольскому, который для этого воспользовался трехфазным током. Сердечник кольцевого вида из железа (статор) имеет полюса, расположенные по кругу через 120о, на которые намотаны 3 обмотки сети 3-х фазного тока. В сердечнике расположен цилиндр из металла – прообраз ротора электромотора. Соединив обмотки в «звезду» или «треугольник», и подав на них 3-х фазный ток, общему магнитному полю, созданному полюсами, придается вращение. За один цикл изменения тока, протекающего в обмотках, магнитный поток также совершит поворот на 360о и инициирует вращение цилиндра, а это и есть асинхронная машина.Если вторую обмотку заменить третьей, то произойдет реверс магнитного поля. То же самое будет, если заменить ток второй фазы на третью. Это значит, реверс магнитного потока возможен, если переключить 2 любые фазы.
Таково устройство асинхронной машины, статор которой имеет 3 обмотки. В ней обороты 2-х полюсного магнитного поля совпадают с количеством циклов изменения тока за равное время.Если статор содержит по кругу 6 обмоток, то инициируется 4-х полюсное магнитное поле, если девять – 6-ти полюсное вращающееся поле. В случае частоты 3-х фазного тока 50 Герц, обороты поля будут при:
– 2-х полюсном статоре – 50 об/сек;
– 4-х полюсном – 25 об/сек;
– 6-ти полюсном – 17 об/сек.
Ротор машины будет немного отставать по отношению к магнитному потоку. В случае холостого хода изделия несовпадение составит 3%, под нагрузкой – 6%.

Преимущества и недостатки

В общей массе электромашин асинхронных с короткозамкнутым ротором – большинство. Это связано с простым устройством, обслуживанием и эксплуатацией при высокой надежности и низкой стоимости. Также обороты такого двигателя в условиях переменной нагрузки остаются почти постоянными.Рассматриваемым асинхронным машинам не нужны щетки и кольца контакта, т. к. ток идет прямо на стационарную 3-х фазную статорную обмотку, что очень удобно в применении и делают их почти универсальными. Если между нагрузкой на двигатель и скоростью нет связи, и не требуется регулировка оборотов, то двигатель можно включать в любую сеть напрямую. Только при его включении в однофазную сеть потребуется пусковой фазосдвигающий конденсатор.
У этих устройств есть и минусы:
– необходимость большого пускового тока;
– малая величина пускового момента;
– резкая реакция на изменяющие параметры сети;
– для управления скоростью не обойтись без преобразователя частоты;
– потребление реактивной мощности из сети.
Данные электромашины имеют своим пределом мощность системы электроснабжения конкретного предприятия, т. к. большие пусковые токи при малой мощности системы «садят» напряжение. Также они обладают низким мощностным коэффициентом, особенно когда нагрузка малая или включен холостой ход, что плохо для электрической системы в целом. На предприятиях это вызывает заметные потери, поэтому везде применяются системы для поддержания реактивной мощности, для чего коллинеарно обмоткам электродвигателя, подключают компенсирующие конденсаторы. Меньшим пусковым током и увеличенным пусковым моментом обладают асинхронные машины с фазным ротором с пусковыми реостатами в их цепи. Однако это усложняет конструкцию и увеличивает стоимость.

Сферы применения

Без асинхронных машин с короткозамкнутым ротором не может обойтись ни промышленность, ни транспорт, ни быт и др. Они используются практически везде. Это и электроприводы дымососов, подъемных кранов, шаровых мельниц, насосов, лебедок, дробилок, станков, бытовой техники. При необходимости ступенчатого изменения скорости (в тех же лифтах) пользуются многоскоростными асинхронными двигателями. Где требуется быстро остановиться и зафиксировать вал, когда исчезает напряжение, не обойтись без асинхронных двигателей с электромагнитным стопором (станки, лебедки). Асинхронные двигатели с большой величиной скольжения хорошо справляются с повторно-кратковременными режимами и при пульсации нагрузки.Широкое применение находится и линейным асинхронным двигателям из-за простого производства и хорошей надежности. Однофазными машинами оборудуются небольшие устройства (бытовые вентиляторы, мини-помпы и др.).
Наиболее эффективны 2-х фазные асинхронные машины, когда их питание идет от однофазной сети переменного тока. Другое их название – конденсаторные двигатели, поскольку без фазосдвигающего конденсатора они не могут работать.Трехфазные электромашины устанавливаются на станочное оборудование, тали, пилорамы, строительные краны и др. У 3-х фазных асинхронных машин с фазным ротором цена выше, чем у машин с короткозамкнутым ротором, но их пусковые нагрузочные моменты намного больше. Поэтому эти двигатели составляют привода на лифтах и подъемных кранах, т. е. там, где требуется запуск в условиях нагрузки.

Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор изготовлен в виде полого стального цилиндраcпазами на внутренней стороне. Впазах статора расположена 3-х фазная обмотка (несколько токовых катушек с осями под углом α =120° /р, гдеpчисло пар катушек- полюсов). Обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое “беличье колесо”). [ Касаткин, Электротехника, стр. 419]

Рисунок фото стр. 415 Пантюшин

Принцип действия АД – основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора, индуцирует в них ЭДС, согласно закону ЭМИ. В замкнутом проводнике ротора возникает ток Iр. На проводник с током, помещенный в магнитное поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент M=FD, где D-диаметр ротора.

Ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля с частотой n2 несколько меньшей n1. Степень отставания характеризуется параметром скольжение S . S =n1-n2/n1. Под действием нагрузки скорость вращения ротора уменьшается.

Читать еще:  Что будет если тосол попал в картер двигателя

Вопрос2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Достоинства:

а)простота конструкции и обслуживания,

б) низкая стоимость,

в) надежность в эксплуатации, экономичность,

г) легко осуществлять реверс,

д) возможность использования во взрывоопасных производствах. ( нет искрения).

а)Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети.,

б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный в 6-8 раз,

в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики.

Вопрос3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.

Ответ3: Принцип получения вращающегося магнитного поля.

Если подключить катушки статора АХ,ВY,CZ ( рис 6-3а ) к 3-х фазному напряжению, то ток в каждой из катушек будет изменяться в соответствии с временной диаграммой изменения 3-х фазного напряжения (рис 6-3б) , соответственно магнитное поле создаваемое этими токами будет изменяться аналогичным образом. В каждый момент времени магнитные поля каждой из катушек суммируются и дают результирующее поле. Рассмотрим процесс получения результирующего поля в моменты времени когда токи в фазах А, В и С максимальны и положительны ( интервал времени составит одну треть периода Т/3) .

Пусть в момент времени t1 ток катушки АХ IA положительный и поле этой катушки направлено вдоль оси этой катушки. В это же время токи катушек фаз В и С отрицательны и их магнитные поля направлены противоположно их осям. Оси катушек расположены под углом 120°. Сумма 3х-полей дает магнитное поле направленное вдоль оси катушки АХ. (рис 6-4a)

Аналогичные рассуждения в моменты времени t2=t1+T/3 и t3=t3+T/3 дают результирующие поля вдоль осей BY второй катушки и CZ третьей катушки соответственно. Через время равное периоду Т вектор магнитного поля вновь будет расположен вдоль оси АХ первой катушки. Таким образом, мы получили вращающееся магнитное поле. В каждый момент времени поле направлено перпендикулярно продольной оси статора.

Часть магнитного поля статора выходит из статора и замыкается по воздуху. Это поля рассеяния. Они не участвуют в процессе передачи энергии от статора к ротору.

Испытание асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Методика испытания и измерения электродвигателей переменного тока

Применяемые приборы: Мегаомметры М4100/4, Ф4102/2, мост Р333, токоизмерительные клещи Ц4505, испытательная установка АИД-70, набор щупов.

Испытания и измерения электродвигателей переменного тока может производить бригада в составе не менее 2 человек из лиц ЭТЛ. Производитель работ при высоковольтных испытаниях и измерениях должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV, а остальные не ниже III группы.

Перед началом испытаний должен быть проведен внешний осмотр электродвигателя. При этом проверяют состояние и целостность изоляции, отсутствие вмятин на корпусе, затяжку контактных соединений, а также комплектность машины (наличие всех деталей, паспортного и клеммного щитков и необходимых указаний на них; заполнение подшипников до заданного уровня и отсутствие течи масла; состояние коллектора, токосъемных колец, щеткодержателей и щеток; наличие заземляющей проводки и качество соединения ее с электродвигателем).

1. Измерение сопротивления изоляции.

Для измерения сопротивления изоляции применяются мегаомметры на 250, 500, 1000 и 2500 В.

Измерение сопротивления изоляции вспомогательных измерительных цепей производят мегаомметром на 250 В.

Сопротивление изоляции измеряется при номинальном напряжении обмотки до 0,5 кВ включительно мегаомметром на напряжение 500 В, при номинальном напряжении обмотки свыше 0,5 кВ до 1 кВ мегаомметром на напряжение 1000 В, а при номинальном напряжении обмотки выше 1 кВ – мегаомметром на напряжение 2500 В.

Во время подключения прибора испытываемое оборудование должно быть заземлено. Отсчет производится через 15 и 60 секунд после нажатия кнопки «Высокое напряжение», или начала вращения рукоятки мегаомметра со скоростью 120 оборотов в минуту.

Измерение сопротивления изоляции производят при отсутствии электрического напряжения на обмотках машины по методике испытания изоляции.

После измерений сохранившийся на обмотке потенциал следует разделить на корпус проводником, предварительно соединенным с корпусом. Продолжительность разряда для обмоток с номинальным напряжением 3000 В и выше должна быть не менее 15 сек для машин до 1000 кВт и 60 сек для машин мощностью больше 1000 кВт.

Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками производит поочередно для каждой электрически независимой цепи при соединении всех прочих цепей с корпусом машины.

Показания мегаомметра зависят от времени приложения напряжения к проверяемой обмотке. Чем больше время, предшествующее от момента приложения напряжения к изоляции до момента отчета (15 и 60с), тем больше получается измеренное значение сопротивления изоляции.

Наименьшее значение сопротивления изоляции при рабочей температуре обмоток и через 60 сек. после приложения напряжения определяется по формуле:

R60 = Uн / (1000 + Pн / 100)

где Uн – номинальное напряжение обмотки, В;

Pн – номинальная мощность, кВт, для машин переменного тока, кВА.

О степени влажности изоляции судят по величине коэффициента абсорбции, который представляет собой отношение показаний мегаомметра после приложения напряжения через 15 и 60 сек:

Следует учесть, что величина Ка даже при хорошем состоянии изоляции в значительной степени зависит от температуры машины и вида применяемых изоляционных материалов. С повышением температуры коэффициент абсорбции для машин, имеющих неувлажненную изоляцию, уменьшается. Для неувлажненной обмотки при температуре 10-30 °С коэффициент абсорбции Ка = 1,3¸2,0, для увлажненной обмотки коэффициент абсорбции близок к единице.

Допустимые значения сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции приводятся в таблицах 5.1.; 5.2.; 5.3. РД 34.45-51.

Электродвигатели переменного тока включаются без сушки, если сопротивления изоляции обмоток и коэффициента абсорбции не ниже указанных в табл. 5.1. – 5.3.

2. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты.

Испытания электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками производят синусоидальным переменным напряжением частотой 50 Гц, используя установку АИД-70. Продолжительность испытания 1 минута.

Испытательное напряжение подводится к каждой фазе обмотки, при заземленном корпусе электродвигателя и двух других фазах. При невозможности выделить испытываемую фазу производится испытание всех 3х фаз одновременно, относительно корпуса электродвигателя. Испытательные напряжения для обмоток электродвигателей переменного тока приведены в табл. 5.4. РД 34.45-51.

Испытания должны проводить лица, прошедшие специальную подготовку и имеющие практический опыт проведения испытаний.

Провод, с помощью которого повышенное напряжение от испытательной установки подводится к испытываемому оборудованию, должен быть надежно закреплен с помощью промежуточных изоляторов, изолирующих подвесок и т.п., чтобы было исключено случайное приближение этого провода к находящимся под рабочим напряжением токоведущим частям или сокращения воздушных промежутков, которые должны быть не менее следующих значений:

Испытательное напряжение, кВ до 20 30 40 50 60

Расстояние до заземленных предметов, см 5 10 20 25 30

до токоведущих частей, см 25 25 30 30 35

Присоединение установки к сети напряжением 380/220 В должно осуществляться через коммутационный аппарат с видимым разрывом, допускается присоединение через штепсельную вилку, расположенную у испытательной установки.

Перед подачей испытательного напряжения на испытательную установку производитель работ обязан:

— проверить все ли члены его бригады находятся на местах, указанным им производителем работ, удалены ли посторонние лица, можно ли подавать испытательное напряжение на оборудование;

— предупредить бригаду о подаче напряжения словами «Подано напряжение» и, убедившись, что предупреждение услышано всеми членами бригады, снять заземление с вывода испытательной установки и подать на нее напряжение 280/220 В.

С момента снятия заземления вся испытательная установка, включая испытываемое оборудование и соединительные провода считается находящейся под напряжением, и проводить какие-либо пересоединения в испытательной схеме и на испытываемом оборудовании запрещается.

После окончания испытаний производитель работ должен снизить напряжение испытательной установки до нуля, отключить ее от сети 380/220 В, заземлить (или дать распоряжение о заземлении) вывод установки и сообщить об этом бригаде словами «Напряжение снято». Только после этого можно пересоединять провода на испытательной установке или в случае полного окончания испытания отсоединить их и снимать ограждения.

До испытания изоляции, а также после испытания необходимо разрядить испытываемое оборудование на землю и убедиться в полном отсутствии на нем заряда. Наложение и снятие заземления заземляющей штангой, подсоединение и отсоединение проводов от испытательной установки и испытываемого оборудования должны проводиться одним и тем же лицом и выполняться в диэлектрических перчатках.

Провод, соединяющий испытательную установку с испытуемым оборудованием должен быть удален от электрооборудования, находящегося под рабочим напряжением до 10 кВ, на расстоянии не менее 1 м.

3. Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

3.1. Общие замечания.

Измерение сопротивлений производят с целью проверки соответствия сопротивления расчетному значению, проверки надежности паек определения повышения температуры над температурой окружающей среды. Сопротивление может быть измерено в холодном и нагретом состоянии. Холодным состоянием считают такое состояние обмотки, при котором температура обмотки и окружающей среды отличается не больше чем на 3°С. нагретое состояние – это состояние обмоток при рабочей температуре. При определении температуры в холодном состоянии или необходимо за 30 мин до испытания заложить в машину термометры. В практике наладочных работ применяют следующие методы измерения сопротивления постоянному току: амперметра-вольтметра, одинарного моста и двойного моста. Основным методом измерения является метод амперметра-вольтметра.

Для измерения применяют электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы: вольтметры класса не ниже 0,5 со встроенными добавочными сопротивлениями или наружным добавочным сопротивлением класса 0,1 и милливольтметры класса не ниже 0,5 с шунтами класса не ниже 0,1.

По схеме 4 а производят измерение малых сопротивлений.

Точный расчет измеряемого сопротивления, Ом, производят по формуле:

где Rв – внутреннее сопротивление вольтметра.

Измерение больших сопротивлений рекомендуется производить по схеме 4 б. Сопротивление рассчитывают по формуле:

где Rа – внутреннее сопротивление амперметра.

3.2. Измерений сопротивлений обмоток машин переменного тока.

Измерение сопротивлений многофазных обмоток при наличии выводов начала и конца всех фаз следует производить пофазно. В случае, если фазы обмотки статора соединены в «звезду» и не имеют вывода нулевой точки (рис. 5 а), то измерение сопротивления производится между каждыми двумя выводами (фазами).

Читать еще:  Ваз 21043 застучал шатун как сделать ремонт двигателя

Результат измерений дает сумму сопротивлений двух фаз:

Сопротивление каждой фазы в отдельности:

В случае соединения фаз в «треугольник» (рис. 5 б) сопротивление каждой фазы:

Если расхождение измеренных значений не превышает 2 % при соединении фаз в “звезду” и 1,5 % при соединении фаз в «треугольник», то сопротивление одной фазы можно определить упрощенно:

При соединении в «звезду»

при соединении фаз в “треугольник”

Измерение сопротивления обмотки ротора в двигателях с фазным ротором производят аналогично измерениям обмоток статора. Соединение обмоток ротора может быть в «звезду» и в «треугольник». Напряжение измеряют в контактных кольцах, чтобы исключить влияние переходного сопротивления контактов щеток.

Согласно ПУЭ предельно допустимые отклонения сопротивления постоянному току обмотки различных фаз статора для генераторов мощностью меньше 100 МВт не должны отличаться друг от друга больше чем на 2 %.

Измеренные сопротивления обмотки ротора не должны отличаться от заводских данных больше чем на 2 %. Сопротивления гашения поля пускорегулирующие сопротивления проверяют на всех ответвлениях. Значения сопротивлений не должны отличаться от заводских данных больше чем на 10 %.

4. Проверка электродвигателя на холостом ходу или с ненагруженным механизмом.

Проверка производится в электродвигателях напряжением 3 кВ и выше. Значение тока ХХ для вновь вводимых электродвигателей не нормируется.

Значение тока холостого хода после капитального ремонта электродвигателя не должно отличаться больше чем на 10 % от значения тока, измеренного перед его ремонтом, при одинаковом напряжении на выводах статора.

Продолжительность проверки электродвигателей должна быть не менее 1 часа.

5. Измерение воздушного зазора между сталью ротора и статора.

Измерение зазоров должно производиться, если позволяет конструкция электродвигателя. При этом у электродвигателей мощностью 100 кВт и более, у всех электродвигателей ответственных механизмов, а также у электродвигателей с выносными подшипниками скольжения величины воздушных зазоров в местах, расположенных по окружности ротора и сдвинутых друг относительно друга на угол 90°, или в местах, специально предусмотренных при изготовлении электродвигателя, не должны отличаться больше чем на 10 % от среднего значения.

6. Измерение зазоров в подшипниках скольжения.

Увеличение зазоров в подшипниках скольжения более значений, приведенных в табл. 5.5. РД 34.45-51, указывает на необходимость перезаливки вкладыша.

7. Измерение вибрации подшипников электродвигателя.

Измерение производится у электродвигателей напряжением 3 кВ и выше, а также у всех электродвигателей ответственных механизмов.

8. Измерение разбега ротора в осевом направлении.

Измерение производится у электродвигателей, имеющих подшипники скольжения.

9. Проверка работы электродвигателя под нагрузкой.

Проверка производится при неизменной мощности, потребляемой электродвигателем из сети не менее 50 % номинальной, и при соответствующей установившейся температуре обмоток.

Проверяется тепловое и вибрационное состояние электродвигателя.

10. Гидравлическое испытание воздухоохладителя.

Испытание производится избыточным давлением 0,2-0,25 МПа в течение 5-10 мин, если отсутствуют другие указания завода –изготовителя.

11. Проверка исправности стержней короткозамкнутых роторов.

Проверка производится у асинхронных электродвигателей при капитальных ремонтах осмотром вынутого ротора или специальными испытаниями, а в процессе эксплуатации по мере необходимости – по пульсациям рабочего или пускового тока статора.

Измерения по п.п. 5-8, 10, 11 выполняют подразделения технологических служб, связанных с монтажом и ремонтом электрических машин.

НТД и техническая литература:

Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым роторомС фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым роторомС фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector