Promlebedka.ru

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

Характеристики и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Характеристики и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронный (индукционный) двигатель – механизм, превращающий силу переменного тока в механическую. Под асинхронным подразумевают, что скорость движения магнитной силы статора выше аналогичной величины оборотов ротора.

Для того, чтобы получше представлять, что такое асинхронный двигатель и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, где он используется и как работает, необходимо разобраться в его составных частях и деталях, исследовать технические характеристики. Кроме того, не лишним будет понять, как происходит преобразование силы во время пуска и где используется асинхронный двигатель на практике.

В сегодняшней статье мы попробуем ответить на самые интересные вопросы, связанные с асинхронными двигателями, разобраться в том, что такое устройство однофазного асинхронного двигателя, рассмотрим принципы работы, а также плюсы и минусы данного типа устройств.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

Конструкция асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

  • где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • f1 – частота переменного тока, Гц,
  • p – число пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

Магнитное поле создаваемое обмоткой

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Читать еще:  Что делать если вода попала в цилиндры двигателя

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2

Применение асинхронных двигателей

Предельная простота конструкции и дешевизна производства, а также появление гибких в программировании преобразователей частоты определили практически повсеместное применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в промышленных электроприводах. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели находят применение:

  • в металлургическом производстве: в автоматизированных приводах оборудования прокатных и волочильных станов, литейного производства;
  • в металлообрабатывающем производстве: в автоматизированных приводах станков и обрабатывающих центров, подъёмно-крановом оборудовании, транспортерах и т.п.;
  • в механосборочном производстве: в приводах манипуляторов, конвейеров, компрессорном оборудовании;
  • в горнодобывающем производстве: в бурильном и экскаваторном оборудовании, транспортерах и др.;
  • в насосном, вентиляционном, компрессорном оборудовании;
  • в строительстве: в крановом оборудовании, оборудовании подготовки и транспортировки стройматериалов;
  • в бытовой сфере: в ручном электроинструменте, прачечном, кухонном и офисном оборудовании.

Принцип работы двигателя

Чтобы понять, как работают электродвигатели асинхронные трехфазные, необходимо провести один несложный эксперимент. Для этого вам понадобиться обычный магнит подковообразного типа и медный стержень. При этом магнит надо хорошо закрепить к рукоятке, с помощью которой его можно крутить на одном месте вокруг своей оси. Медный стержень закрепляется в подшипниках и устанавливается в пространство между концами (полюсами) магнита-подковы. То есть, стержень оказывается как бы внутри магнита, а, точнее сказать, внутри его плоскости вращении.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Теперь надо просто вращать магнитное устройство за ручку. Лучше по часовой стрелке. Так как между полюсами есть магнитное поле, то оно также будет вращаться. При этом поле будет пересекать или рассекать своими силовыми линиями медный стержень-цилиндр. И тут включается закон электромагнитной индукции. То есть, внутри медного стержня начнут возникать вихревые токи. Они, в свою очередь, начнут образовывать свое собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с основным магнитным полем.

При этом стержень начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит. И вот тут возникает один момент, который также лежит в принципе работы электродвигателя. О нем было уже упомянуто. Если скорость вращения стержня будет такое же, как у магнита, то их силовые линии пересекаться не будут. То есть, вращения не будет в виду отсутствия вихревых токов.

И еще пару нюансов:

  • Магнитное поле вращается с той же скоростью, что и сам магнит, поэтому скорость называют синхронной.
  • А вот стержень вращается с меньшей скоростью, поэтому ее и называют асинхронной. Отсюда, в принципе, название и самого электрического мотора.

Внимание! Разница скоростей вращения магнитных полей не очень большая. Эту величину называют скольжением.

Кстати, определить величину скольжения несложно, для этого необходимо воспользоваться формулой:

  • S – это величина скольжения;
  • n – скорость вращения магнита;
  • n1 – скорость вращения ротора.

УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ И СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Разработана математическая модель для исследования работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при питании обмотки статора от однофазной сети. Для создания вращающегося магнитного поля одна из фаз питается через конденсатор. Вследствие несимметрии не только переходные процессы, но и установившиеся режимы являются динамическими, поэтому в любой системе координат описываются дифференциальными уравнениями. Их исследование не может быть с достаточной адекватностью осуществлено на основе известных схем замещения и требует использования динамических параметров. В математической модели уравнения состояния контуров статора и ротора составлены в неподвижной трехфазной системе координат. Расчет установившегося режима выполняется путем решения краевой задачи, что дает возможность получить зависимости координат на периоде, не прибегая к расчету переходного процесса. Для этого исходные нелинейные дифференциальные уравнения алгебраизируются путем аппроксимации переменных кубическими сплайнами. Полученная нелинейная система алгебраических уравнений является дискретным аналогом исходной системы дифференциальных уравнений. Ее решение выполняется методом продолжения по параметру. Для расчета статических характеристик как функции некоторой переменной данная система дифференцируется аналитически, а затем интегрируется численным методом по этой переменной. В процессе интегрирования на каждом шаге или через несколько шагов производится уточнение методом Ньютона, что дает возможность осуществить интегрирование методом Эйлера за несколько шагов. Матрицы Якоби в обоих случаях совпадают. Для учета вытеснения тока в стержнях короткозамкнутого ротора каждый стержень вместе с короткозамыкающими кольцами разбивается по высоте на несколько элементов. В результате на роторе получаем несколько короткозамкнутых обмоток, эквивалентирующихся трехфазными обмотками, между которыми существуют магнитные связи.

Читать еще:  Что делать если не работает двигатель с инжектором

Ключевые слова

Об авторах

Адрес для переписки: Маляр Василий Сафронович – Национальный университет «Львовская политехника», ул. С. Бандеры, 12, 79013, г. Львов, Украина Тел: +38 032 258-21-19 E-mail: svmalyar@polynet.lviv.ua

Список литературы

1. Брускин, Д. Э. Электрические машины и микромашины / Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов. М.: Высш. шк., 1990. 528 с.

2. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. Л.: Энергия, 1978. 832 с.

3. Меркин, Г. Б. Конденсаторные электродвигатели для промышленности и транспорта / Г. Б. Меркин. М.-Л.: Энергия, 1966. 223 с.

4. Тазов, Г. В. Математическая модель асимметричной асинхронной машины / Г. В. Тазов, В. В. Хрущев // Электричество. 1989. № 1. С. 41–49.

5. Торопцев, Н. Д. Трехфазный асинхронный двигатель в схеме однофазного включения с конденсатором / Н. Д. Торопцев. М.: Энергоатомиздат, 1988. 95 с.

6. Мощинский, Ю. А. Математическая модель асинхронного конденсаторного двигателя по методу симметричных составляющих с использованием стандартного программного обеспечения / Ю. А. Мощинский., А. П. Петров // Электричество. 2001. № 7. С. 43–48.

7. Бешта, А. С. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя при несимметричном питании статоров / А. С. Бешта, А. А. Семин // Электромеханические и энергосберегающие системы. 2014. Вып. 2. С. 10–16.

8. Беспалов, В. Я. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат / В. Я. Беспалов, Ю. А. Мощинский, А. П. Петров // Электричество. 2002. № 8. С. 33–39.

9. Беспалов, В. Я. Динамические показатели трехфазных асинхронных двигателей, включаемых в однофазную сеть / В. Я. Беспалов, Ю. А. Мощинский, А. П. Петров // Электротехника. 2000. № 1. С. 13–19.

10. Шуруб, Ю. В. Математическая модель асинхронного конденсаторного двигателя с тиристорным управлением / Ю. В. Шуруб // Техническая электродинамика. 1999. № 4. С. 52–56.

11. Лесник, В. А. Учет дифференциальных параметров при математическом моделировании несимметричных режимов работы асинхронных генераторов / В. А. Лесник, Ю. В. Шуруб // Техническая электродинамика. 2003. № 1. С. 45–48.

12. Rogers, G. An Induction Motor MOdel with Deep-Bar Effect and Learage Inductance Saturation / G. Rogers, D. Beraraghana // Arhiv fur Electrotechnik. 1978. Vol. 60, No 4. P. 193–201.

13. Stakhiv, P. Influence of Saturation and Skin Effect on Current Harmonic Spectrum of Asynchronous Motor Powered by Thyristor Voltage Regulator / P. Stakhiv, A. Malyar // Proceedings of the IVth International Workshop Computational Problems of Electrical Engineering, Gdynia, Poland, June 1–3, 2005. Gdynia, 2005. P. 58–60.

14. Фильц, Р. В. Алгоритм расчета переходных процессов в асинхронной машине с учетом насыщения и вытеснения тока / Р. В. Фильц, Е. А. Онышко, Е. Г. Плахтына // Преобразователи частоты для электропривода. Кишинев: Штиинца, 1979. С. 11–22.

15. Mathematical Modeling of Processes in Asynchronous Motors with Capacitors Connected in Series / V. Malyar [et al.] // 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE 2015). Lviv, 2015. P. 107–109.

16. Копылов, И. П. Об уравнениях асинхронной машины в различных системах координат / И. П. Копылов, Р. В. Фильц, Я. Я. Яворский // Известия вузов СССР. Электромеханика. 1986. № 3. С. 22–33.

17. Фильц, Р. В. Математические основы теории электромеханических преобразователей / Р. В. Фильц. Киев: Наукова думка, 1979. 208 с.

18. Маляр, В. С. Математическое моделирование периодических режимов работы электротехнических устройств / В. С. Маляр, А. В. Маляр // Электронное моделирование. 2005. Т. 27, № 3. С. 39–53.

19. Яковлев, М. Н. К решению систем нелинейных уравнений методом дифференцирования по параметру / М. Н. Яковлев // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1964. Т. 4, № 1. С. 146–149.

Для цитирования:

Маляр В.С., Маляр А.В. УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ И СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016;59(6):536-548. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-536-548

For citation:

Malyar V.S., Malyar V.V. ESTABLISHED MODES AND STATIC CHARACTERISTICS OF THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR POWERED WITH SINGLE PHASE NETWORK. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2016;59(6):536-548. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-536-548


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

§ 7.1. Принцип действия асинхронного электродвигателя

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на явлении вращающегося магнитного поля, описанном в гл. 5.
Вращающееся магнитное поле может быть двухполюсным, четырехполюсным, шестиполюсным и т. д.
Скорость вращения поля определяется соотношением
(7.1)
где η — скорость вращения поля, об/мин;
f — частота трехфазного тока;
р — число пар полюсов,
В асинхронном электродвигателе катушки из провода, необходимые для получения вращающегося магнитного поля, размещаются на неподвижной части двигателя — его статоре. В качестве примера на рис. 7.1 схематически показано размещение шести катушек на статоре асинхронного электродвигателя.
Принцип действия асинхронного двигателя состоит в следующем. Во вращающееся двухполюсное магнитное поле помещен один или несколько замкнутых витков (рис. 7.2).

Рис. 7.1. Схема расположения шести катушек на статоре асинхронного электродвигателя

Рис. 7.2. Принцип действия асинхронного электродвигателя

Читать еще:  Ваз 21102 не заводится двигатель бензонасос работает

На рисунке вращающееся поле условно изображено в виде двух полюсов электромагнита, вращающегося по часовой стрелке. Магнитные силовые линии при вращении поля пересекают виток и по известному нам закону электромагнитной индукции наводят в нем э. д. с. Если замкнуть виток, в нем под действием э. д. с. будет протекать электрический ток.
Направление тока в проводах витка, определяемое по правилу правой руки*, показано на рисунке крестиком и точкой. Магнитный поток, создаваемый током вокруг витка, будет взаимодействовать с вращающимся магнитным полем статора и в результате этого взаимодействия проводник будет двигаться. Направление механических сил, действующих на проводники, составляющие виток, определяется по правилу левой руки. На рисунке эти силы показаны стрелками. Из рисунка видно, что под действием указанных сил виток будет вращаться в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле. Скорость вращения витка оказывается близкой к скорости вращения магнитного поля, но не равной ей (несколько меньшей).
Таков принцип действия асинхронного электродвигателя. Двигатель называется асинхронным потому, что его ротор вращается не синхронно с вращающимся магнитным полем, т. е. несколько отстает от него. Ни при каких условиях синхронного вращения ротора быть не может, так как в этом случае магнитные силовые линии поля не будут пересекать проводники ротора, а следовательно, в них не будет протекать ток, на взаимодействии которого с вращающимся магнитным полем основана работа электродвигателя.

Рекомендации по выбору типа конденсаторов для асинхронных двигателей

В процессе работы двигателей по обмотке течет ток, на 20-40% превышающий номинальный, поэтому при использовании электромотора в недозагруженном режиме или в режиме холостого хода, емкость рабочего конденсатора следует уменьшить.

В целях безопасности все пусковые конденсаторы должны использоваться с разрядным резистором. Сопротивление разрядного резистора подбирается так, чтобы по истечении 50 секунд полностью снять остаточное напряжение с конденсатора.

В случаях когда конденсатор используется при последовательной схеме включения со вспомогательной обмоткой электродвигателя, напряжение на клеммах конденсатора при рабочей скорости может быть значительно выше напряжения сети.

В процессе эксплуатации конденсаторов они могут устанавливаться непосредственно в физическом контакте с электродвигателем. В этом случае при выборе типа конденсатора необходимо учитывать, что конденсатор будет подвергаться воздействию повышенной температуры и вибраций — как от самого электродвигателя, так и от других пассивных элементов различного рода устройств, в составе которых будет применятся конденсатор.

При работе моторных конденсаторов проходят различного рода сложнейшие коммутационные процессы, в результате которых происходят скачкообразные изменения напряжения на клеммах конденсатора, в связи с чем номинальное напряжение конденсатора нужно выбирать так, чтобы в процессе работы изделия рабочее напряжение не превышало его более чем на 10%.

В процессе выбора необходимой емкости и рабочего напряжения нужно учитывать фактор резонанса, то есть когда значения напряжения вспомогательной обмотки электродвигателя и конденсатора находятся в околорезонансной точке. В этом случае происходит повышение напряжения на клеммах изделия.

Предельное напряжение на клеммах пускового конденсатора должно быть не более 450В, а его емкость выбирается, как правило, в два и более раз больше емкости рабочего конденсатора.

Как показывает практика, на каждые 100 Вт мощности электродвигателя требуется около 6-7 мкФ.

В случае, если не удается подобрать емкость в одном корпусе, допускается комбинирование путем параллельного соединения конденсаторов Собщ=С1+С2….+Сn.

При правильно подобранном конденсаторе мощность трехфазного двигателя, включенного в однофазную сеть, не должна уменьшиться более чем на 30%.

Применение

На сегодняшний день, большая часть двигателей, выпускаемых в промышленных масштабах, относится к асинхронной разновидности.

Благодаря ряду преимуществ, которыми обладают машины с фазными роторами, они широко используются в разных сферах человеческой деятельности, в том числе для поддержания работы:

  1. Устройств автоматики и приборов из телемеханической области.
  2. Бытовых приборов.
  3. Медицинского оборудования.
  4. Оборудования, предназначенного для осуществления аудиозаписи.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector