Асинхронные двигатели Электрические машины

June 18, 2013 by admin Комментировать »

Обмотки статора в асинхронном двигателе выглядят так же, как и в синхронном. Однако вместо питаемых извне обмоток ротора в синхронных двигателях в асинхронных ротор выполнен с несколькими медными или алюминиевыми аксиальными полосками, вложенными в пазы на наборе железных пластин, расположенных по окружности ротора. При возбуждении обмоток статора многофазным током возникает вращающееся магнитное поле, как и в синхронном двигателе. Это магнитное поле наводит токи в полосках проводников в роторе и создает вращающий момент. Ротор может вращаться и медленнее, чем поле статора, и быстрее. Если ротор вращается медленнее поля, то на валу двигателя возникает вращающий момент. Если, наоборот, к валу приложен вращающий момент в направлении вращения и скорость вращения ротора выше скорости вращения поля статора, мотор превращается в генератор, поставляющий энергию в цепь питания. Разность в скоростях вращения вала и магнитного поля называется проскальзывание полюсов и выражается в процентах или долях единицы от скорости вращения поля. Асинхронный двигатель может работать как генератор без потребления внешней энергии для возбуждения магнитного поля. Остаточная намагниченность ротора способствует началу работы такого генератора. Однако может понадобиться и подтолкнуть процесс запуска с помощью, например, батареи заряженных конденсаторов, на короткое время подключаемых к статорной обмотке.

На Рис. 8.5 приведена эквивалентная схема асинхронной машины. Х$, XR, Rs и Rx представляют собой реактансы и сопротивления статора и ротора соответственно. Хм является реактансом возбуждения, и все реактансы определены для рабочей частоты цепи питания. Сопротивление i?R(l-s)/s представляет собой эквивалентное сопротивление нагрузки мотора. При выражении всех постоянных в виде, приведенном к единице, мощность, вырабатывающая вращающий момент на валу, будет равна PR = /R2i?R(l s)/s, а момент на валу будет T= IR2R^Js. Единичный вращающий момент равен 4488-hp/(2n-rpm). Размерность здесь следующая: кг-м — для вращающего момента, л. с. — для паспортной мощности hp и об/мин — для скорости вращения rpm. Для большинства расчетов потери на возбуждение можно не учитывать.

Рис. 8.5. Эквивалентная схема acwocpowioH машины

На Рис. 8.6 приведены графики зависимости тока потребления и вращающего момента от скорости вращения асинхронного двигателя, питаемого непосредственно от сети. Точкой 1 отмечен режим с заблокированным (невращающимся) ротором, точкой 2 — режим начала возрастания вращающего момента и точкой 3 — начало спада вращающего момента. Необходимо отметить, что при заблокированном роторе ток потребления двигателя составляет 600% от тока при номинальной нагрузке при вращении. Да и в течение всего процесса выхода двигателя на номинальный режим его ток потребления остается в несколько раз больше номинального. Это обстоятельство следует иметь в виду при выборе предохранителей или автоматических выключателей в цепях питания двигателей. Пусковой ток можно уменьшить с помощью резистора, реактора, автотрансформатора или тиристорного пускателя, но все это — ценой уменьшения вращающего момента.

Сопротивление обмоток ротора является ключом к созданию вращающего момента. При увеличении этого сопротивления возрастает способность мотора к выработке большего вращающего момента, но уменьшается КПД и растет проскальзывание. В двигателях, предназначенных для получения большого вращающего момента, обмотки ротора иногда делают из железа. Некоторые из этих двигателей способны работать в широком диапазоне напряжений питания при постоянной его частоте, хотя потери в них весьма велики.

Когда асинхронные двигатели работают от схем управления с переменной частотой, их ток потребления и вращающий момент в зависимости от

Рис. 8.6. Зависимости тока потребления и вращающегомомента от скорости вращения

acutLcpontto?o двигателя

скорости вращения ведут себя так же, как и на Рис. 8.6, только 100% скорости определяется текущей частотой питающей линии. В типовом режиме такой работы питающее напряжение выбирается пропорциональным частоте, хотя потери на сопротивлениях требуют некоторого повышения напряжения при низких частотах.

Если асинхронный двигатель соединен с источником питания, но на его вал приложен внешний вращающий момент, обеспечивающий вращение с более высокой скоростью, чем номинальная, то зависимости тока потребления и вращающего момента от скорости вращения приобретают вид, показанный на Рис. 8.7. Этот генераторный (суперсинхронный) режим обычно ограничен малым диапазоном скоростей — от скорости, точно соответствующей синхронному режиму, до скорости, соответствующей максимуму потребляемого вращающего момента. Обычно такой режим работы (с рекуперацией энергии) возникает, например, при опускании нагрузки подъемным краном, хотя асинхронные генераторы и используются довольно часто на маленьких гидрои ветроэлектростанциях, включенных в общую электросеть. Это связано с отсутствием необходимости в этих случаях управлять напряжением или фазой этих генераторов. Кривые на Рис. 8.7 просто напоминают о том, что с изменением знака вращающего момента происходит и изменение направления движения потока энергии.

Современные схемы управления асинхронными двигателями с переменной частотой питающего напряжения способны определять отдельно

Рис. 8.7. Работа асинхронного двигателя врежиме генератора

компоненты тока намагничивания и тока, совершающего работу в общем токе потребления, и оптимизировать рабочую точку двигателя. Известные под названиями векторная схема управления вращающим моментом или схема управления магнитньш полем, эти схемы обеспечивают точное управление асинхронными двигателями, позволяющее заменять ими двигатели постоянного тока и синхронные двигатели во многих применениях, включающих работу при постоянной мощности в нагрузке и расширенные режимы по скоростям. Однако очень большие двигатели остаются синхронньши, что связано с их большим КПД.

Классификация асинхронных двигателей

Национальная ассоциация производителей электротехнической промышленности (NEMA) разработала классификацию асинхронньас двигателей по виду их зависимостей тока и вращающего момента от скорости вращения. На Рис. 8.8 показаны эти характеристики для основных классов асинхронных двигателей. Конструкция А обладает высоким КПД и имеет хороший пусковой момент вращения, но при большом пусковом токе. При расчетной нагрузке проскальзывание мало. Конструкция В имеет меньший пусковой ток, но большее проскальзывание при полной нагрузке и меньший КПД, чем конструкция А. Обе эти конструкции применяются в насосах и вентиляторах, где предъявляются средние требования к пусковому моменту вращения. Конструкцию С отличает высокий пусковой момент вращения, что обычно достигается применением в роторе сдвоенных проводящих полос из металлов с высоким и низким сопротивлением. КПД в этой конструкции ниже по сравнению с конструкциями А и В, а применяется она чаще всего в компрессорах и конвейерных линиях. Двигатели конструкции D используются для нагрузок с большим и изменяющимся вращающим моментом. К ним относятся, например, штамповальные прессы и резаки. Эти двигатели имеют самый низкий КПД.

Рис. 8.8. Классификация асинхронных двигателей по виду их зависимостей тока и враищюгцвго момента от скорости вращения согласно NEMA

8.4. Конструкции корпусов

На Рис. 8.9 показано несколько вариантов конструкций корпусов асинхронных двигателей. Слева приведена открытая конструкция, обеспечивающая защиту от капель воды (ODP — open drip-proof) и снабженная вентилятором на валу двигателя, обеспечивающим его охлаждение. Это наименее дорогой тип двигателей. Следующей приведена полностью герметичная невентилируемая конструкция (TENV — totally enclosed nonventilated). Охлаждение в этом случае осуществляется за счет конвекции и излучения, но зато эти двигатели не подвержены влиянию коррозионно-активных и взрывоопасных примесей в воздухе. Двигатели этого типа дороже и больше по размерам при одинаковой мощности, чем типа ODP. В полностью герметичной конструкции с обдувом воздуха (TEAO — totally enclosed air-over) на вал двигателя типа TENV устанавливается вентилятор, служащий для охлаждения корпуса. И наконец, в двигателях с полностью герметичным корпусом и отдельной вентиляцией (TESV — totally enclosed separately ventilated) для охлаждения используется поток воздуха, подаваемый извне.

Рис. 8.9. Типы корпусов двигателей

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты