Promlebedka.ru

Авто ДРайв
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель схема соединения обмоток число полюсов

Как работает асинхронный электродвигатель

Электродвигатели, которые работают от сети переменного тока, называют асинхронными. Такое определение они получили из-за особенностей взаимодействия магнитных полей статора и ротора, в результате которого их скорость вращения различается.

Устройство этих электрических машин проще, чем работающих на постоянном токе, поскольку их статор не имеет электрического соединения с внешними устройствами, осуществляемого посредством токосъемных колец – коллектора, за что они получили и свое второе название «бесколлекторные электродвигатели».

Пальма первенства в их изобретении принадлежит русскому инженеру М. О. Доливо-Добровольскому, создавшему первый действующий трехфазный двигатель в 1890 году. Стоит отметить, что его конструкция не претерпела коренных изменений на протяжении более ста лет.

Как рассчитать обмотку электродвигателя

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Длительная эксплуатация асинхронных электродвигателей в режиме перегрузки или повышенное напряжение питающей сети в конечном итоге приводят к перегреву обмоток статора и возникновению межвитковых замыканий и пробою на корпус. В результате потребуется ремонт электрической машины с заменой статорных обмоток.

Если в документации на двигатель есть все обмоточные данные, то эта задача для квалифицированного персонала не составит особого труда. Но при отсутствии таковых восстановление электромашины становится более затруднительным. Перед перемоткой потребуется замерить диаметр обмоточного провода, посчитать количество витков в пазу, зарисовать схему расположения обмоток и их шаг, схему соединения обмоток и прочее.

Даже при сохранении необходимой исходной частоты вращения и мощности двигателя могут возникнуть затруднения, если в наличии не окажется провода нужного диаметра. Обмотка, выполненная проводом меньшего диаметра, будет изначально перегреваться даже в режиме номинальной нагрузки. При использовании проводников с большим диаметром существует вероятность того, что при сохранении исходного числа витков в катушке ее габариты не позволят уложить обмотку в пазы сердечника статора.

Кроме того, может возникнуть необходимость изменить частоту вращения ротора или величину питающего напряжения. Для этого требуется выполнить расчет обмотки электродвигателя.

Сущность этих расчетов сводится к нахождению оптимального соотношения между магнитными и электрическими характеристиками. Говоря более простым языком, требуется определить нужное количество витков для каждой фазы обмотки.

Какие данные нужны для расчета обмотки

Для выполнения расчетов необходимо предварительно очистить железо статора от остатков старой обмотки и изоляции. Важно помнить, что применение абразивных средств недопустимо. После этого производятся следующие замеры.

D — внутренний диаметр сердечника статора. Измерения выполняются штихмассом или штангенциркулем. Допускается использовать кронциркуль для внутренних измерений и масштабную линейку. Для большей точности делается несколько замеров, выполненных между центрами диаметрально расположенных зубцов, и вычисляется среднее значение.

Da – наружный диаметр сердечника по возможности измеряется с использованием штангенциркуля или кронциркуля для наружных замеров.

– высота тела статора определяется с помощью штангенциркуля.

l – полная длина сердечника. Замер производится масштабной линейкой по дну зубцов.

h – полная глубина зубца

Z1 – количество зубцов (пазов) статора.

Нужно учитывать форму и размеры пазов статора для последующего определения их объема.

Чтобы выполнить расчет обмотки асинхронного электродвигателя также нужно знать толщину электротехнической стали статора и тип ее изоляции, а также количество вентиляционных поперечных каналов, их ширину или диаметр (если таковые есть).

Обработка результатов измерений

Первоначально определяют величину полюсного деления. Этот параметр измеряется в миллиметрах и определяет длину части окружности внутренней расточки, на которой будет располагаться один полюс электродвигателя.

где p – количество пар полюсов

Далее определяется расчетная длина статора (l). Если в статоре отсутствуют вентиляционные каналы, то эта величина остается равной измеренной.Если в конструкции сердечника есть вентиляционные каналы, то для дальнейших расчетов из измеренной длины вычитается произведение количества пазов на их ширину. Однако в расчетах обмотки используется чистая длина стали lо, вычисляемая по формуле

Величина этого коэффициента (kо) зависит от толщины листов электротехнической стали и типа изоляции между ними.

Потом определяется площадь полюсного деления по формуле:

Площадь поперечного сечения всего тела статора высчитывают по формуле:

Число пазов на один полюс и фазу рассчитывают по формуле:

Формулы для определения площади пазов в зависимости от их формы есть на рис.2.

К сожалению, формат обзорной статьи не дает возможности полностью раскрыть эту тему, но зная данные и используя рекомендации из пособия Г.К. Жерве «Как рассчитать обмотку асинхронного двигателя» можно вычислить диаметр обмоточного провода, количество витков в катушках и подобрать шаг и схему их укладки. Следует помнить, что расчет обмотки однофазного электродвигателя имеет свои особенности.

Принцип работы

Асинхронные электрические машины часто называют индукционными, это связано с их принципом действия. Любой электродвигатель приводится во вращение в результате взаимодействия магнитных полей ротора и статора, а также благодаря силе Ампера. Магнитное поле, в свою очередь, может существовать либо вокруг постоянного магнита, либо вокруг проводника, через который протекает ток. Но как работает именно асинхронная машина?

В асинхронном двигателе в отличие от других нет как таковой обмотки возбуждения, тогда как у него появляется магнитное поле? Ответ прост: асинхронный электродвигатель – это трансформатор.

Рассмотрим принцип его работы на примере трёхфазной машины, так как именно они встречаются чаще остальных.

На рисунке ниже вы видите расположение обмоток на сердечнике статора трёхфазного асинхронного двигателя.

Читать еще:  Формула тока холостого хода для асинхронного двигателя

В результате протекания трёхфазного тока в обмотках статора появляется вращающееся магнитное поле. Из-за сдвига фаз ток протекает то по одной, то по другой обмотке, в соответствии с этим возникает магнитное поле, полюса которого направлены согласно правилу правой руки. И в соответствии с изменением тока в той или иной обмотке полюса направляются в соответствующую сторону. Что иллюстрирует следующая анимация:

В простейшем (двух полюсном) случае обмотки уложены таким образом, что каждая из них смещена на 120 градусов относительно предыдущей, как и угол сдвига фаз напряжения в сети переменного тока.

Скорость вращения магнитного поля статора принято называть синхронной. Подробнее о том, как оно вращается, и почему вы узнаете из следующего видеоролика. Отметим, что в двухфазных (конденсаторных) и однофазных электродвигателях — оно не вращающееся, а эллиптическое или пульсирующее, а обмоток не 3, а 2.

Если рассматривать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, то магнитное поле статора индуцирует в его стержнях ЭДС, так как они замкнуты, то начинает протекать ток. Из-за чего также возникает магнитное поле.

В результате взаимодействия двух полей и силе Ампера, действующей на ротор, он начинает вращаться вслед за вращающимся магнитным полем статора, но при этом всегда немного отставая от скорости вращения МП статора, это отставание называют скольжением.

Если скорость вращения магнитного поля называют синхронной, то скорость вращения ротора уже асинхронной, от чего он и получил такое название.

У АД с фазным ротором дела обстоят подобным образом, за исключением того, что к его кольцам подключают реостат, который после того как двигатель выйдет на рабочий режим выводится из цепи и обмотки замыкаются накоротко. Это показано на схеме ниже, но вместо реостата использованы постоянные резисторы, подключаемые или шунтируемые контакторами КМ3, КМ2, КМ1.

Такой подход позволяет осуществлять плавный запуск и снижать пусковые токи, за счет увеличения активного электрического сопротивления ротора.

Подведем итоги:

  1. Ток в обмотках статора порождает магнитное поле.
  2. Магнитное поле приводит к возникновению тока в роторе.
  3. Ток в роторе к возникновению поля вокруг него.
  4. Так как поле статора вращается, то из-за своего поля ротор начинает вращаться за ним.

Принцип работы асинхронного двигателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта http://zametkielectrika.ru.

Электрические машины переменного тока нашли широкое распространение, как в сфере промышленности (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы, компрессоры), так и в домашних условиях (сверлильный и наждачный станки, циркулярная пила).

Основная их часть является бесколлекторными машинами, которые в свою очередь разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные и синхронные электрические машины обладают одним замечательным свойством под названием обратимость, т.е. они могут работать как в двигательном режиме, так и в генераторном.

Но чтобы дальше перейти к более подробному их рассмотрению и изучению, необходимо знать принцип их работы. Поэтому в сегодняшней статье я расскажу Вам про принцип работы асинхронного двигателя. После прочтения данного материала Вы узнаете про электромагнитные процессы, протекающие в электродвигателях.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

С устройством асинхронного двигателя мы уже знакомились, поэтому повторяться второй раз не будем. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

При подключении асинхронного двигателя в сеть необходимо его обмотки соединить звездой или треугольником. Если вдруг на выводах в клеммнике отсутствует маркировка, то необходимо самостоятельно определить начала и концы обмоток электродвигателя.

При включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

  • f — частота питающей сети, Гц
  • р — число пар полюсов

Это вращающееся магнитное поле статора пронизывает, как обмотку статора, так и обмотку ротора, и индуцирует (наводит) в них ЭДС (Е1 и Е2). В обмотке статора наводится ЭДС самоиндукции (Е1), которая направлена навстречу приложенному напряжению сети и ограничивает величину тока в обмотке статора.

Как Вы уже знаете, обмотка ротора замкнута накоротко, у электродвигателей с короткозамкнутым ротором, или через сопротивление, у электродвигателей с фазным ротором, поэтому под действием ЭДС ротора (Е2) в ней появляется ток. Так вот взаимодействие индуцируемого тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитную силу Fэм.

Направление электромагнитной силы Fэм можно легко найти по правилу левой руки.

Правило левой руки для определения направления электромагнитной силы

На рисунке ниже показан принцип работы асинхронного двигателя. Полюса вращающегося магнитного поля статора в определенный период обозначены N1 и S1. Эти полюса в нашем случае вращаются против часовой стрелки. И в другой момент времени они будут находится в другом пространственном положении. Т.е. мы как бы зафиксировали (остановили) время и видим следующую картину.

Токи в обмотках статора и ротора изображены в виде крестиков и точек. Поясню. Если стоит крестик, то значит ток в этой обмотке направлен от нас. И наоборот, если точка, то ток в этой обмотке направлен к нам. Пунктирными линиями показаны силовые магнитные линии вращающегося магнитного поля статора.

Устанавливаем ладонь руки так, чтобы силовые магнитные линии входили в нашу ладонь. Вытянутые 4 пальца нужно направить вдоль направления тока в обмотке. Отведенный большой палец покажет нам направление электромагнитной силы Fэм для конкретного проводника с током.

На рисунке показаны только две силы Fэм, которые создаются от проводников ротора с током, направленным от нас (крестик) и к нам (точка). И как мы видим, электромагнитные силы Fэм пытаются повернуть ротор в сторону вращения вращающегося магнитного поля статора.

Читать еще:  В какую сторону крутится двигатель д 240

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен от нас (крестик).

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен к нам (точка).

Совокупность этих электромагнитных сил от каждого проводника с током создает общий электромагнитный момент М, который приводит во вращение вал электродвигателя с частотой n.

Отсюда и произошло название асинхронный двигатель. Частота вращения ротора n всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора n1, т.е. отстает от нее. Для определения величины отставания введен термин «скольжение», который определяется по следующей формуле:

Выразим из этой формулы частоту вращения ротора:

Пример расчета частоты вращения двигателя

Например, у меня есть двигатель типа АИР71А4У2 мощностью 0,55 (кВт):

  • число пар полюсов у него равно 4 (2р=4, р=2)
  • частота вращения ротора составляет 1360 (об/мин)

Определим частоту вращения поля статора этого двигателя при частоте питающей сети 50 (Гц):

Найдем величину скольжения для этого двигателя:

Кстати, направление движения вращающегося магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения вала электродвигателя, можно изменить. Для этого необходимо поменять местами любые два вывода источника питающего трехфазного напряжения. Об этом я упоминал Вам в статьях про реверс электродвигателя и чередование фаз.

Принцип работы асинхронного двигателя. Выводы

Зная принцип работы асинхронного двигателя, можно сделать вывод, что электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения вала электродвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора, а следовательно и ротора, напрямую зависит от числа пар полюсов и частоты питающей сети. Если число пар полюсов ограничивается типом двигателя (р = 1, 2, 3 и 4), то частоту питающей сети можно изменить в большем диапазоне, например, с помощью частотного преобразователя.

Если в нашем примере частоту питающей сети увеличить всего на 10 (Гц), то частота вращения магнитного поля статора увеличится на 300 (об/мин).

Опыт по установке и монтажу частотных преобразователей у меня есть, но не большой. Несколько лет назад на городском водоканале мы проводили замену двух высоковольтных двигателей насосов холодной воды на низковольтные двигатели с частотными преобразователями. Но это уже отдельная тема для разговора. Сейчас покажу Вам несколько фотографий.

Вот фотография старого высоковольтного двигателя напряжением 6 (кВ).

А это новые двигатели напряжением 400 (В), установленные вместо старых высоковольтных.

Вот шкафы частотных преобразователей. На каждый двигатель свой шкаф. К сожалению, изнутри сфотографировать не успел.

Подписывайтесь на рассылку новостей с моего сайта, чтобы не пропустить самое интересное. В ближайшее время я расскажу Вам про пуск и способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей двигателей, схемы их подключения и многое другое.

Обслуживание обмоток

В процессе эксплуатации все электрические машины нуждаются в мелком и не очень ремонте. Основные признаки неисправности: нестабильная работа, большой нагрев, сильный гул, вибрация. Обмотки в двигателях небольшой мощности, как правило, меняют. Если это двухслойная обмотка, можно заменить только одну катушку.

Стоит замерить сопротивление обмоток как между собой, так и на корпус, а также проверить легкость хода вала. В «Славянке» будут свои характеристики, поскольку для данного типа обмоток это только начало выхода на рынок, и качественных схем на РПЭДЯ пока немного, а значит ремонт может вызвать некоторые сложности.

Внимательно осмотреть статор. Иногда все, что нужно – пайка выводов, идущих в борно. При отсутствии одной из фаз двигатель сильно греется, но не всегда успевает сгореть.

Асинхронные двигатели, при всей своей кажущейся простоте, тем не менее являются сложными электрическими машинами, требующими профессионального подхода. По ним пишутся дипломные работы. Обмоточные схемы для неспециалиста, и даже для начинающего обмотчика, могут показаться сложными и запутанными. Это говорит о том, что лучше будет, если перемотку и ремонт двигателей будут делать специалисты.

24. СХЕМЫ ОБМОТОК МНОГОСКОРОСТНЫХ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Многоскоростные трехфазные асинхронные двигатели обычно изготовляют на две, три и четыре частоты вращения.

Двухскоростные двигатели на кратные частоты вращения (число полюсов 2р=4/2; 8/4; 12/6) имеют на статоре одну двухслойную обмотку, которая может переключаться на два разных числа полюсов 4 и 2,8, и 4,12 и 6.

Двухскоростные двигатели на некратные частоты вращения (2р=6/4) имеют две отдельные обмотки, расположенные в одних и тех

Рис. 48. Развернутая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=4/2, z=24, а=1 и соединении фаз Δ/YY

Рис 49. Развернутая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=4/2, z=36, а=1 и соединении фаз Δ/YY

Рис. 50. Развернутая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=8/4, z=36, а=1 и соединении фаз Δ/YY

же пазах. В этом случае обмотки выполняют однослойными с концентрическими катушками. Катушечные группы обычно соединяют последовательно (число параллельных ветвей а=1), а фазы— в звезду, чтобы избежать замкнутых контуров при включенной в сеть второй обмотке.

Двигатели на три и четыре частоты вращения имеют также две отдельные обмотки. При трех частотах вращения одна обмотка переключается на два разных числа полюсов, а вторая имеет промежу-

Читать еще:  Чертеж наждака из двигателя стиральной машины своими руками

Рис. 51. Торцовая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=8/4, а=1 и соединении фаз Δ/YY

точное число полюсов. У двигателей на четыре частоты вращения каждая из обмоток переключается на два числа полюсов.

На рис. 48—56 приведены наиболее распространенные схемы обмоток статоров многоскоростных двигателей.

При небольших размерах расточки статора и числе полюсов 2р=4/2 применяют такие двухслойные обмотки (рис. 48, 49), у которых часть катушек укладывается на дно паза, а часть — у клина (в верхнем слое обмотки). Например, у обмотки, схема которой представлена на рис. 48, катушки в пазы 1,2—7,8; 3,4—9,10 и 5,6—11,12 укладывают обеими сторонами на дно паза, а катушки в пазах 21,22—3,4; 23,24—5,6 и 19,20—1,2— обеими сторонами у клина. Это облегчает укладку обмотки, так как не приходится поднимать

верхние стороны первых катушек при закладке в пазы катушек последнего шага. Остальные катушки укладываются как в обычной двухслойной обмотке.

Двухслойная двухскоростная обмотка изготовляется в виде катушечных групп, укладка которых производится как в обычной двухслойной обмотке. Соединение выводов катушечных групп двухскоростной обмотки может быть также представлено в виде круговой схемы. На рис. 51 и 53 изображены торцовые схемы, соответствующие развернутым схемам, показанным на рис. 50 и 52.

Рис. 52. Развернутая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=8/4, z=36, a=2 и соединении фаз Δ/YY

Катушечные группы в двухслойных двухскоростных обмотках в каждой фазе разделяются на две части таким образом, чтобы при подключении на меньшее число полюсов ток в половине катушечных групп изменял направление. При большем числе полюсов направление тока во всех катушечных группах фазы одинаково. На рисунках направление тока в группах показано при подключении на большее число полюсов сплошной стрелкой, при подключении на меньшее число полюсов — пунктирной. Направление тока на схемах в первой и второй фазах принято от начала фазы к концу, в третьей фазе — от конца к началу.

Рассмотрим для примера схему, показанную на рис. 51. Из нее следует, что должны быть соединены между собой выводы катушечных групп: 2—13, 4—15, 10—21, 12—23, 18—5, 20—7. Начала фаз присоединяются к выводам: 8С1—1—24; 8С2—8—9; 8С3—16—17; 4С1 —14—19; 4С3—3—22; 4С2—6—11.

При включении схемы на большее число полюсов к сети присоединяются начала фаз 8С1, 8С2 и 8СЗ. При этом ток в катушечных группах каждой фазы направлен одинаково; в первой и второй фазах—от начала к концу (от нечетной цифры к четной), в третьей — от конца к началу. При включении на меньшее число полюсов ток в половине катушечных групп каждой фазы меняет направление на противоположное (группы: 1—2,3—4, 11—12, 13—14; 15—16; 23—24).

Рис. 53. Торцовая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=8/4, a=2 и соединении фаз Δ/YY

Рис. 54. Торцовая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=4/2, a=1 и соединении фаз Δ/YY

Рис. 55. Торцовая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=12/6, a=1 и соединении фаз Δ/YY

Рис. 56. Торцовая схема двухскоростной двухслойной обмотки при 2р=12/6, а=3 и соединении фаз Δ/YY

У многоскоростного двигателя одновременно к сети подключается одна из обмоток (рис. 57). Если эта обмотка с переключением чисел полюсов и включается на высшую скорость, то остальные выводы от нее при соединении фаз Δ/YY замыкаются накоротко (зажимы

Рис. 57. Схема включения электродвигателей на четыре скорости вращения

12С1, 12С2, 12С3 и 8С1, 8С2, 8С3 при включении соответственно на шесть и четыре полюса). Выводы второй обмотки остаются разомкнутыми.

Скачать

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице Скачать.

Вот одна из книг, приведенных там:
• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2048 раз./

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector