Трехфазный асинхронный двигатель

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

1. Введение

2. Выбор схемы включения двигателя

3. Выбор емкости рабочего и пускового конденсатора и их типа

3.1 Выбор емкости рабочего конденсатора

3.2 Выбор емкости пускового конденсатора

3.3 Выбор типа конденсаторов

3.4 Выбор напряжения конденсаторов

4. Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Заключение

Литература

1. Введение

Трёхфазный двигатель -- электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора -- различной конструкции -- вращающегося строго со скоростью поля статора или несколько медленнее его (Асинхронный двигатель).

В данной курсовой работе мы рассматриваем трехфазный асинхронный двигатель.

Трехфазный асинхронный электродвигатель традиционного исполнения, выполняющего вращательное движение состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора - магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника - создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных машинах - анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм.

Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат.

Асинхронные двигатели находят широкое применение в хозяйстве. По разным данным, около 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронными электродвигателями.

Широкое применение асинхронных двигателей связано с простотой их конструкции, ее технологичностью и минимальными затратами в эксплуатации, по сравнению с другими видами электрических машин, таких как двигатели постоянного тока, синхронными двигателями и т.д.

Трёхфазный асинхронный двигатель может работать в однофазной сети с потерей мощности (не нагруженный на номинальную мощность). При этом для запуска необходим механический сдвиг ротора, либо фазосдвигающая цепь, которая обычно строится или из ёмкости или из индуктивности или из трансформатора. При однофазном запуске на одну из обмоток подаётся напряжение (ток) через ёмкость или индуктивность, которая сдвигает фазу тока:

вперёд на 90° -- при включении в цепь емкости,

назад на 90° -- при включении в цепь индуктивности,

(без учёта потерь). После запуска напряжение с фазосдвигающей обмотки снимать нельзя. Снятие с фазосдвигающей обмотки напряжения эквивалентно работе трёхфазного двигателя с обрывом одной из фаз, так же при возрастании, даже не очень значительном, тормозного момента на валу двигатель остановится и сгорит.

В некоторых случаях, при питании от однофазной сети, запуск осуществляется вручную поворотом ротора. После поворота ротора двигатель работает самостоятельно.

В данной курсовой работе нам требуется подключить трехфазный асинхронный двигатель в однофазный режим. Конечно есть свои недостатки в некоторых способах подключения:

-потеря 50% мощности от номинальной;

- не все марки электродвигателей хорошо запускаются при питании от однофазной сети;

- необходимость применения двух емкостей (пусковой и рабочей);

- ступенчатая регулировка номинала емкости в разных режимах работы;

- необходимость изменения номинала емкости при изменении нагрузки на валу;

- на холостом ходу по обмотке электродвигателя протекает ток на 40% больше номинального;

Но нам нужно выбрать наиболее удобную схему подключения трехфазного асинхронного двигателя в однофазный режим.

Существуют две классические схемы подключения трёхфазных двигателей - это соединение обмоток статора по схеме "звезда" и "треугольник". Рассмотрим эти способы подключения.

2. Выбор схемы включения двигателя

Пожалуй, наиболее распространённый и простой способ подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть при отсутствии питающего напряжения ~ 380 в - это способ с применением фазосдвигающего конденсатора, через который запитывается третья обмотка электродвигателя.

Определить схему соединения обмоток можно по данным на шильдике - металлической бирке на корпусе электродвигателя. Надпись 220/380 означает, что соединение может быть выполнено как по схеме “звезда”, так и “треугольник”. В этом случае, все 6 концов обмоток выведены в клеммную коробку.

Выведенные в коробку 3 конца, свидетельствую о том, что статорные обмотки скоммутированы по схеме “звезда” внутри двигателя. Соединить их “треугольником” более затруднительно: для этого потребуется разобрать двигатель, найти это соединение и, разорвав его, вывести (предварительно “нарастив”) оставшиеся 3 конца в коробку, где и соединить “треугольником” (при этом, важно не перепутать “начала” и ”концы” обмоток).

Как видно из схемы, подключение осуществляется с помощью рабочего и пускового конденсаторов. Их еще называют фазосдвигающими.

Использование двух конденсаторов в схеме связано с тем, что для пуска двигателя во время его разгона необходима намного большая емкость, чем по окончании пуска, в его рабочем состоянии. Буквенные обозначения Cр и Cп в данной схеме - рабочий и пусковой конденсаторы. Для нормального пуска, емкость пускового конденсатора должна превышать емкость рабочего приблизительно в 2-3 раза

Чтобы двигатель с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку это условие трудновыполнимо, на практике управляют двигателем двухступенчато. Включают двигатель с пусковой емкостью, оставляя рабочую. Пусковой конденсатор отключают вручную переключателем В2.

Рабочая емкость конденсатора (в микрофарадах) для трехфазного двигателя определяется по формуле Cp=28001/U,

если обмотки соединены по схеме "звезда" (рис.1), или Ср=48001/U, если обмотки соединены по схеме "треугольник" (рис.2).

При известной мощности электродвигателя ток (в амперах) можно определить из выражения: I=P/1,73 U?cosц, где:

Р -- мощность двигателя, указанная в паспорте (на щитке) , Вт;

U -- напряжение сети, В;

cosц -- коэффициент мощности;

?--КПД.

Конденсатор пусковой Сп должен быть в 1,5--2 раза больше рабочего Ср.

Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор -- обязательно бумажным, например, типа МБГО, МБГП и др.

Перед тем, как подключать трехфазный электродвигатель в однофазную сеть убедитесь, что его обмотки соединены "треугольником", т. к. именно это соединение даст минимальные потери мощности 3х-фазного двигателя при включении его в сеть ~ 220 в.

При таком соединении в замкнутый контур нет никакой опасности, так как благодаря сдвигу по фазе между электродвижущими силами на 120° их геометрическая сумма равна нулю и, следовательно тока в контуре быть не может. Все обмотки в трёхфазном двигателе имеют одинаковое электрическое сопротивление, что обеспечивает равномерную нагрузку на каждую фазу.

Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным в однофазную сеть с такой схемой соединения обмоток может составлять до 75% его номинальной мощности. При этом частота вращения двигателя практически не отличается от его частоты при работе в трёхфазном режиме.

При соединении обмоток звездой двигатель не способен выдать максимальную мощност

3. Выбор емкости рабочего и пускового конденсатора и их типа

3.1 Выбор емкости рабочего конденсатора

Величина емкости рабочего конденсатора (Ср.) д соединения "треугольником" рассчитывается по формуле:

Ср = 4800 Iном / U

Для соединения "звездой" емкость рассчитывается по формуле:

Cр = 2800*I/U

Iном - номинальный (фазный) ток статора, измеряется с помощью электроизмерительных клещей, (А)

U - напряжение однофазной сети, (В)

Полученное значение емкости рабочего конденсатора получается в (мкФ).

Вышеприведенная формула может показаться сложной, поэтому предлагаю более легкий вариант расчета емкости рабочего конденсатора для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети. Для этого необходимо лишь знать мощность (кВт) асинхронного двигателя:

Ср = 66·Р ном

Рном - номинальная мощность двигателя.

Упростив формулу, можно сказать, что для работы трёхфазного электродвигателя в однофазной сети, ёмкость конденсатора на каждые 0,1 кВт его мощности должна составлять около 7 мкФ.

Так, для двигателя мощностью 1,1 кВт ёмкость конденсатора должна составлять 77 мкФ. Такую ёмкость можно набрать несколькими конденсаторами, соединёнными друг с другом параллельно (общая ёмкость в этом случае будет равна суммарной), используя следующие типы: МБГЧ, БГТ, КГБ с рабочим напряжением, превышающим напряжение в сети в 1,5 раза.

При выборе емкости рабочего конденсатора необходимо контролировать ток в фазных обмотках статора в установившемся режиме. Этот ток не должен превышать номинального значения

3.2 Выбор емкости пускового конденсатора

Если же пуск электродвигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то параллельно рабочему конденсатору необходимо включать пусковой конденсатор. Включается он только на время пуска двигателя (примерно 2-3 секунды) с помощью ключа SВ до набора номинальной частоты вращения ротора, а затем отключается.

Если забыть отключить пусковые конденсаторы, то возникнет сильный перекос по токам в фазах и двигатель может перегреться.

Величина емкости пускового конденсатора выбирается в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора.

В таком случае пусковой момент двигателя становится номинальным и двигатель запустится без проблем.

Сп = (2,5 ч 3) Ср- формула расчета емкости пускового конденсатора, где Ср- емкость рабочего конденсатора.

Необходимая емкость набирается с помощью параллельного и последовательного соединения конденсаторов.

Трехфазные двигатели мощностью до 1 (кВт) можно включать в однофазную сеть только с рабочим конденсатором. Пусковой конденсатор можно не применять.

3.3 Выбор типа конденсаторов

Желательно использовать один и тот же тип конденсаторов, как для рабочих, так и для пусковых конденсаторов.

Чаще всего, для подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть, применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе типа МПГО, МБГП, КБП или МГБО.

Практически все они имеют прямоугольную форму.

На самом корпусе можно увидеть их параметры:

емкость (мкФ)

рабочее напряжение (В)

Но у бумажных конденсаторов есть один недостаток -- они выпускаются слишком громоздкие и при этом имеют небольшую емкость. Поэтому при включении трехфазного двигателя небольшой мощности в однофазную сеть, батарея набранных конденсаторов получается «солидная».

Также вместо бумажных конденсаторов можно применять и электролитические, но схема их подключения совершенно другая и содержит в себе дополнительные элементы в виде диодов и резисторов.

Применять электролитические конденсаторы настоятельно не рекомендуется!!!

У них есть недостаток в виде того, что при пробое диода через конденсатор пойдет переменный ток, что вызовет его нагрев и взрыв (выход его из строя).

Тем более, что в современной электронике вышли в свет новые металлизированные полипропиленовые конденсаторы переменного тока типа СВВ для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети.

3.4 Выбор напряжения конденсаторов

Также при выборе конденсаторов для трехфазного двигателя в однофазной сети важно правильно учитывать их рабочее напряжение.

Если выбрать конденсатор с большим запасом по напряжению, то это будет не целесообразно и приведет к дополнительным затратам и увеличению габаритных размеров установки.

Если же выбрать конденсатор с рабочим напряжением меньше, чем напряжение сети, то это приведет к преждевременному выходу из строя конденсаторов.

Принято выбирать рабочее напряжение конденсаторов для схем равное 1,15 напряжению сети.

Но не стоит забывать, что при использовании бумажных конденсаторов в сети переменного напряжения следует разделить их рабочее напряжение примерно в 2 раза.

Например, если на бумажном конденсаторе указано напряжение 180 (В), то его рабочее напряжение при переменном токе следует принять 90 (В).

Uк = 1,15 U, где Uк и U -- напряжения на конденсаторе и в сети. 

4. Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Для включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть обмотки статора соединены в треугольник . 

 Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор и отключаемый (пусковой) конденсатор , который необходим для увеличения пускового момента. 

Пусковая емкость конденсаторов Сп = Ср + Со, где Ср -- рабочая емкость, 

Со -- отключаемая емкость. 

После пуска двигателя пусковой конденсатор отключают. 

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам: 

для схемы соединенной треугольником : Ср = 4800 Iном / U, где Ср -- рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ; 

Iном -- номинальный ток фазы двигателя, А; 

U -- напряжение сети, В. 

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65--85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя. 

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется -- рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается. При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ч 3) Ср. 

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям: 

для схемы соединенной треугольником: Uк = 1,15 U,где Uк и U -- напряжения на конденсаторе и в сети. 

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15--20%.

Пример расчета для двигателя АИР-56А4 

АИР-56А4 с характеристиками: 220/380 В, 0.48А, 1500 об/мин, обмотки соединены "треугольником", пуск двигателя без нагрузки: Ср = 4800 x 0.48 / 220 ? 10 мкФ. При пуске двигателя под нагрузкой, необходимо иметь пусковую емкость: Сп = (2,5 ч 3) 10 мкФ?8,3 мкФ.

В итоге выбираем конденсатор 10 мкФ с рабочим напряжением 300В (Uк = 1,2 x 220 = 264 В), или включенных параллельно два конденсатора по 5 мкФ и 300 В каждый.

Заключение

В заключение отметим, что при соединении "звездой" обмоток асинхронного электродвигателя наблюдается недостаток чувствительность двигателя к перегрузкам и также испытывает значительные потери в мощности. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя.

А при соединении "треугольником" в случае бытовой сети, с точки зрения получения большей выходной мощности является наиболее целесообразным. При этом их мощность может достигать 70% от номинальной. При этом соединении фазное напряжение равно линейному, а значит если мы имеем линейное напряжение в сети 220 В, то для правильного подключения двигателя нужно подключать выводы треугольником. Плюс этого соединения в большой мощности.

Поскольку однофазная сеть имеет напряжение 220 В, то двигатель следует подключать по схеме «треугольник».

В данном случае наиболее удобная схема соединения "треугольником" так как для примера взят электродвигатель напряжением 220/380 В, а если бы был взят электродвигатель напряжением 220/127 В, то к однофазной цепи на 220 В можно подключить только по схеме "звезда".

Список литературы

трехфазный двигатель конденсатор

1. Источник: http://zametkielectrika.ru.

2. В.И. Дьяков.«Типовые расчеты по электрооборудованию» : Практ. Пособие - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 160 с.: ил.

3. И.И Алиев « Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах»

4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И.Афонин, Е.А. Соболенская. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с., ил.

5. Попов В. С., Николаев С. А. Общая Электротехника с основами электроники, М., «Энергия», 1972, - 504 c.

Размещено на Allbest.ru