Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Електричні машини змінного струму

1. Трифазний асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором

Побудова та принцип дії

Трифазний асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором має дві основні частини - статор і ротор, які відділені одна від одної мінімальним повітряним зазором.

Статор (нерухома частина) електродвигуна являє собою порожній коаксіальний циліндр, набраний з листів електротехнічної сталі. В його пази укладені три обмотки (три котушки індуктивності), виконані з проводу одного перетину й однакового матеріалу (як правило, міді) та зсунуті в просторі на кут 120 (тобто є симетричними). Вони називаються фазними обмотками або фазами електродвигуна. Початки (С1, С2, С3) та кінці (С4, С5, С6) фаз електродвигуна (тобто обмотки статора) виводять на клемну коробку. Призначення статора - створення магнітного поля в асинхронному електродвигуні.

Ротор (обертова частина) являє собою циліндр, набраний з листів електротехнічної сталі, у пази якого залита обмотка. Провідники (стрижні) обмотки ротора мають однаковий перетин, виконані з однакового матеріалу (як правило, алюмінію) та замкнені накоротко за допомогою кілець. Магнітопровід ротора кріпиться на валу з вентилятором (для охолодження) та підшипниками, які запресовують у підшипникові щити, які кріпляться до корпуса електродвигуна. Призначення ротора - надавання руху робочій машині.

Принцип дії асинхронного електродвигуна розглянемо на наступному прикладі (рис.7.1): між полюсами постійного магніту на осі розташована короткозамкнена рамка. Якщо обертати магніти навколо осі рамки зі швидкістю n, то магнітний потік, який пронизує рамку, буде змінюватися в часі за синусоїдним законом. В результаті буде спостерігатися явище електромагнітної індукції й у рамці наведеться електрорушійна сила. Під дією е.р.с. у рамці буде протікати електричний струм, а через те, що рамка знаходиться в магнітному полі, буде спостерігатися явище електромагнітної сили та виникне обертаючий момент, який буде діяти на рамку. В результаті рамка почне обертатися.

Із прискоренням обертання рамки швидкість обертання магнітного поля щодо неї буде зменшуватися і може наступити такий момент, коли швидкість обертання рамки наблизиться до швидкості обертання магнітного поля. В цьому випадку значно зменшаться електрорушійна сила, яка наводиться в рамці, сила струму в рамці та обертаючий момент. Якщо цей момент буде менше моменту опору обертання рамки, то рамка почне пригальмовуватися. В результаті чого збільшаться е.р.с., сила струму та обертаючий момент до такої величини, коли він стане дорівнювати моменту опору обертання рамки. Таким чином, обертаючий момент рамки завжди буде дорівнювати моменту опору обертання рамки. При збільшенні моменту опору обертання рамки швидкість рамки буде зменшуватися і навпаки, тобто рамка і магнітне поле обертаються з різними швидкостями (асинхронно).

В асинхронному електродвигуні з короткозамкненим ротором обертове магнітне поле створюють три обмотки статора. Для одержання обертового магнітного поля необхідно, щоб ці обмотки на колі статора були розташовані під кутом 120 по відношенню одна до одної та одержували живлення електричним струмом від симетричного трифазного джерела. В двигуні дана умова виконується, в результаті чого при підключенні його до джерела виникає обертове магнітне поле. Це поле наводить в обмотках ротора е.р.с., під дією яких у них протікають струми. На провідники обмотки ротора зі струмом, які знаходяться в магнітному полі, діє механічна сила, в результаті чого виникає обертаючий момент і ротор починає рухатися. Всі процеси надалі протікають аналогічно прикладу на рис.7.1.

Швидкість обертання магнітного поля називається синхронною і залежить від частоти струму в обмотці статора та кількості пар магнітних полюсів статора за законом:

, (7.1)

де n₀ - швидкість обертання магнітного поля, об/хв;

f - частота струму в обмотці статора електродвигуна, Гц;

р - кількість пар полюсів асинхронного електродвигуна.

При частоті струму 50 Гц можливі наступні синхронні швидкості обертання: 3000 об/хв; 1500 об/хв; 1000 об/хв; 750 об/хв; 600 об/хв; 500 об/хв; 375 об/хв.

Приклад

Два асинхронних електродвигуни одержують живлення від мережі з частотою 50 Гц і напругою 220 В. Синхронні швидкості обертання електродвигунів складають відповідно 3000 об/хв і 1500 об/хв.

Визначити кількість пар полюсів кожного електродвигуна.

Рішення.

1. Визначаємо кількість пар полюсів першого електродвигуна з (7.1):

.

2. Визначаємо кількість пар полюсів другого електродвигуна з (7.1):

.

Ротор електродвигуна завжди обертається повільніше магнітного поля, тобто магнітне поле як би «ковзає» відносно ротора (у тому випадку, якщо магнітне поле і ротор обертаються одночасно, то зміни магнітного поля відносно обмотки ротора не буде й у цій обмотці не буде наводитися е.р.с. і протікати електричний струм). Різницю між швидкостями магнітного поля і ротора називають абсолютним ковзанням:

n = n₀ - n , (7.2)

де n - абсолютне ковзання, об/хв;

n - швидкість обертання ротора, об/хв.

Якщо розділити абсолютне ковзання магнітного поля асинхронного електродвигуна на швидкість обертання магнітного поля, то одержимо відносне ковзання:

, (7.3)

де s - відносне ковзання.

Відносне ковзання можна виразити через кутові швидкості:

, (7.4)

де - абсолютне ковзання, рад/с;

₀ - кутова швидкість обертання магнітного поля, рад/с;

- кутова швидкість обертання ротора, рад/с.

Приклад

Асинхронний електродвигун із двома парами полюсів працює в номінальному режимі зі швидкістю обертання, яка дорівнює 1450 об/хв, одержуючи живлення від мережі з частотою 50 Гц.

Визначити абсолютне та відносне ковзання електродвигуна.

Рішення.

1. Визначаємо абсолютне ковзання електродвигуна за (7.2):

n = n₀ - n = 1500 - 1450 = 50 об/хв.

2. Визначаємо відносне ковзання електродвигуна за (7.3):

.

Фізичні явища і процеси в елементах конструкції

При роботі асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором в елементах його конструкції спостерігаються наступні фізичні явища і процеси.

В обмотці статора:

явище електричного струму;

явище електромагнетизму;

явище електромагнітної індукції;

явище теплової дії струму;

процес нагрівання обмотки.

В обмотці ротора:

явище електромагнітної індукції;

явище електричного струму;

явище електромагнітної сили;

явище електромагнетизму;

явище теплової дії струму;

процес нагрівання обмотки.

В магнітопроводі:

явище електромагнітної індукції;

явище вихрових струмів;

явище електромагнітної сили від дії вихрових струмів;

явище теплової дії вихрових струмів;

явище гістерезису;

явище теплової дії гістерезису;

процес нагрівання магнітопроводу.

В механічній системі:

явище тертя в підшипниках;

явище тертя ротора об повітря.

процес нагрівання підшипників і ротора.

Крім цього відбувається обмін тепловою енергією між елементами конструкції електродвигуна і навколишнім середовищем.

Енергетична діаграма

При роботі асинхронний електродвигун споживає з мережі електричну енергію, а віддає робочій машині механічну енергію. При протіканні цього процесу (перетворення електричної енергії в механічну) відбуваються втрати енергії у вигляді тепла в елементах конструкції електродвигуна (як показано вище): втрати в обмотках, втрати в магнітопроводі, втрати в механічній системі, додаткові втрати. Розглянемо даний процес перетворення енергії на енергетичній діаграмі асинхронного електродвигуна (рис.7.2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

На енергетичній діаграмі (рис.7.2) позначено:

Р₁ - електрична потужність, яку споживає електродвигун, Вт;

Р_ел.1 - електричні втрати в обмотці статора (в результаті теплової дії струму, який в ній протікає), Вт;

Р_мг - втрати в магнітопроводі електродвигуна

(в результаті теплової дії вихрових струмів та гістерезису), Вт;

Р_ел.2 - електричні втрати в обмотці ротора (в результаті теплової дії струму, який в ній протікає), Вт;

Р_мх - механічні втрати (в результаті тертя в підшипниках і ротора об повітря), Вт;

Р_д - додаткові втрати (в результаті інших не врахованих явищ), Вт;

Р₂ - механічна потужність, яка віддається електродвигуном робочій машині (потужність на валу), Вт.

Сума втрат активної потужності в асинхронному електродвигуні дорівнює:

Р = Р₁ - Р₂ = Р_ел.1 + Р_мг + Р_ел.2 + Р_мх + Р_д = Р_const + Р_var ; (7.5)

Р_const = Р_мг + Р_мх ; (7.6)

Р_var = Р_ел.1 + Р_ел.2 + Р_д , (7.7)

де Р_const - постійні втрати в електродвигуні,

які прямо пропорційні квадрату напруги (U²),

що підводиться до обмоток статора, Вт;

Р_var - змінні втрати в електродвигуні,

які прямо пропорційні квадрату сили струму (I²) в обмотках, Вт.

Коефіцієнт корисної дії асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором дорівнює:

. (7.8)

Коефіцієнт потужності асинхронного електродвигуна дорівнює:

, (7.9)

де Р₁ - активна потужність,

яку споживає асинхронний електродвигун з мережі, Вт;

S₁ - повна потужність,

яку споживає асинхронний електродвигун з мережі, ВА.

Приклад

Асинхронний електродвигун, номінальна потужність якого дорівнює 3 кВт, має номінальний к.к.д., який дорівнює 0,91.

Визначити сумарні втрати потужності в електродвигуні.

Рішення.

1. Визначаємо активну потужність, яку споживає електродвигун, із (7.8):

.

2. Визначаємо сумарні втрати потужності в електродвигуні за (7.5):

Р = Р₁ - Р₂ = 3296,7 - 3000 = 296,7 Вт.

Підключення, пуск, регулювання швидкості обертання, реверсування і гальмування

Підключення трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором до живильної мережі здійснюється трьома проводами, які підключають до початків обмоток статора. Обмотки статора асинхронного електродвигуна з'єднують за схемою зірки (С4, С5, С6 поєднують у загальний вузол) або за схемою трикутника (С4 із С2, С5 із С3, С6 із С1).

Момент, який розвивається на валу електродвигуна, залежить від магнітного потоку, сили струму в обмотці ротора та коефіцієнта потужності обмотки ротора:

М = kФI₂ cos₂ , (7.10)

де М - обертаючий момент, Нм;

Ф - діюче значення магнітного потоку, Вб;

I₂ - діюче значення сили струму в обмотці ротора, А;

₂ - кут зсуву фаз е.р.с. і струму ротора, рад.

В результаті того, що магнітний потік пропорційний прикладеній напрузі, то можна довести, що момент, який розвивається двигуном, пропорційний квадрату прикладеної напруги, тобто

М U² , (7.11)

де U - діюче значення прикладеної напруги, В.

Отже, при зниженій напрузі на затисках обмоток статора електродвигуна момент на валу буде дорівнювати:

, (7.12)

де М' - момент на валу електродвигуна при зниженій напрузі, Нм;

М_н - момент на валу електродвигуна при номінальній напрузі, Нм;

U' - знижена напруга на затисках обмоток статора, В;

U_н - номінальна напруга на затисках обмоток статора, В.

У початковий момент пуску ротор електродвигуна нерухомий і відносне ковзання дорівнює одиниці, тому сила струму в обмотках електродвигуна при пуску більше номінального значення в 5 - 7 разів. Пуск асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором здійснюють при номінальній напрузі (прямий пуск) та при зниженій напрузі:

Прямий пуск електродвигуна здійснюється безпосереднім його включенням у мережу без будь-яких пристроїв зниження напруги. Застосовується в тих випадках, коли номінальна потужність двигуна набагато менше електричної потужності силового трансформатора. При такому способі пуску струм, споживаний електродвигуном при пуску, не спричиняє значного перегріву двигуна і спадання напруги мережі (тобто не порушить роботу інших пристроїв, включених в мережу).

Пуск при зниженій напрузі здійснюється за допомогою пристроїв, які знижують напругу на затисках електродвигуна (автотрансформатора, індукційного регулятора та інших), а також за допомогою переключення обмоток статора електродвигуна з зірки на трикутник (тобто в початковий момент пуску обмотки статора з'єднані за схемою зірки, а після короткотермінового процесу пуску переключаються на схему трикутника).

Запишемо рівняння швидкості обертання ротора електродвигуна:

. (7.13)

З виразу (7.13) випливає, що регулювати частоту обертання асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором можна такими способами:

Зміною частоти струму в обмотці статора електродвигуна (f). Для цього використовують регулятор частоти, який дозволяє виконувати плавне регулювання швидкості в широких межах.

Зміною кількості пар полюсів електродвигуна (р). Для цього використовують двигуни зі спеціальною обмоткою статора, яка дозволяє робити східчасте регулювання швидкості (1:2:3:4). Електродвигун у цьому випадку має великі габарити і вартість, а також спеціальний перемикаючий пристрій. Найбільш простим з таких електродвигунів є той, який дозволяє регулювати швидкість у співвідношенні 1:2.

Зміною ковзання (s). Для цього змінюють напругу, яка підводиться до обмоток статора, за допомогою регулятора напруги.

Для зміни напряму обертання ротора (реверсування) асинхронного електродвигуна треба поміняти місцями два будь-яких проводи з трьох, якими до обмоток статора підводиться напруга.

Існують наступні основні способи гальмування асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором:

Самогальмування полягає у відключенні електродвигуна від живильної мережі, в результаті чого відбувається його невимушене гальмування в міру припинення дії інерційних сил.

Гальмування противключенням полягає в реверсуванні електродвигуна та його відключенні від живильної мережі при зупинці ротора.

Динамічне гальмування полягає у відключенні електродвигуна від живильної мережі та наступній подачі на обмотки статора постійної напруги.

Технічні параметри

Трифазні асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором, що випускаються для виробничих цілей, призначені для роботи в заданих умовах з визначеними параметрами, які називають номінальними. До номінальних параметрів цих електродвигунів, які вказуються на заводській табличці, укріпленій на корпусі електродвигуна, відносяться:

механічна потужність електродвигуна, кВт;

частота живильної мережі, Гц;

діюче значення лінійної напруги обмоток статора, В;

схеми з'єднання обмоток статора;

діюче значення лінійного струму обмоток статора, А;

швидкість обертання вала електродвигуна, об/хв;

коефіцієнт потужності електродвигуна;

коефіцієнт корисної дії електродвигуна.

Крім цього вказуються тип електродвигуна, його маса, клас ізоляції обмоток статора (ізоляція класу В характеризується тим, що може довгостроково працювати при температурі 130С, ізоляція класу F - при температурі 155С).

На сьогодні випускаються асинхронні електродвигуни від 0,06 кВт до 400 кВт при частотах обертання 500 - 3000 об/хв у вигляді єдиних серій 4А, 4АМ, АИ та інших. Крім основного виконання кожна серія має ряд електричних модифікацій, які мають особливості конструкції (наприклад, подвійну обмотку на роторі, глибокі пази в магнітопроводі ротора і так далі):

з підвищеним пусковим моментом (для приводу робочих машин: компресорів, дробарок та інших, які мають велике навантаження у момент пуску);

з підвищеним ковзанням (для приводу робочих машин з великим моментом інерції, з великою частотою пусків та реверсів);

з підвищеними енергетичними показниками (для приводу робочих машин з цілодобовою роботою);

багатошвидкісні;

малошумні;

такі, що вмонтовуються.

Механічна характеристика електродвигуна з короткозамкненим ротором являє собою залежність кутової швидкості обертання ротора електродвигуна від моменту на його валу = f(М) (рис.7.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Режиму двигуна відповідає ділянка механічної характеристики від = ₀ до = 0 (пуск електродвигуна починається в точці = 0), генераторному режиму - ділянка від ₀ , гальмівному режиму - ділянка від 0.

Механічна характеристика робочої машини являє собою залежність моменту опору робочої машини від кутової швидкості обертання вала М_оп = f():

трифазний асинхронний електродвигун ротор

, (7.14)

де М_оп - момент опору робочої машини, Нм;

М₀ - момент зрушення робочої машини, Нм;

М_оп.н - номінальний момент опору робочої машини, Нм;

_оп - кутова швидкість робочої машини, рад/с;

_оп.н - номінальна кутова швидкість робочої машини, рад/с;

х - показник, що характеризує робочу машину.

Графічно механічні характеристики робочих машин показані на рис.7.4.

Механічні характеристики робочих машин підрозділяються наступним чином:

Не залежна від швидкості (х = 0), тобто момент опору не змінюється при зміні швидкості (транспортери, піднімальні крани та інші).

Лінійно-зростаюча (х = 1).

Параболічна (х = 2), тобто момент опору залежить від квадрата швидкості (відцентрові насоси, вентилятори та інші).

Якщо на одній площині нанести механічні характеристики асинхронного електродвигуна і робочої машини, то точка перетинання цих характеристик буде робочою точкою (точкою, у якій буде працювати система «електродвигун - робоча машина»).

На рис.7.5 як приклад показані механічна характеристика асинхронного електродвигуна і параболічна механічна характеристика робочої машини.

Приклад

Асинхронний електродвигун приводить в обертання робочу машину з параболічною механічною характеристикою. Момент зрушення робочої машини дорівнює 10 Нм, номінальний момент опору робочої машини дорівнює 50 Нм,

Визначити момент опору робочої машини при зниженні кутової швидкості робочої машини на 10 % відносно номінального значення.

Рішення.

1. Визначаємо момент опору робочої машини за (7.14):

.

Розрахунок механічної характеристики

Розглянемо основні точки механічної характеристики асинхронного електродвигуна (рис.7.6):

1) точка пуску електродвигуна:

= 0 ; М = М_п ;

2) точка мінімального моменту при пуску електродвигуна:

= _min ; М = М_min ;

3) точка критичної роботи електродвигуна:

= _кр ; М = М_кр ;

4) точка номінальної роботи електродвигуна:

= _н ; М = М_н ;

5) точка ідеального холостого ходу електродвигуна:

= ₀ ; М = 0 .

Ці точки механічної характеристики можна розрахувати за паспортними та каталожними даними електродвигуна, для чого необхідні:

номінальна потужність (Р_2н);

кількість пар полюсів (р);

частота струму в живильній мережі (f);

номінальна швидкість обертання (n_н);

критичне ковзання (s_кр);

мінімальне ковзання (s_min);

кратність критичного моменту (m_кр);

кратність мінімального моменту (m_min);

кратність пускового моменту (m_п).

Кратності критичного, мінімального і пускового моментів - це відношення зазначених моментів до номінального моменту.

Алгоритм розрахунку наступний:

1. Визначаємо синхронну кутову швидкість обертання:

₀ = 2n₀/60 .

2. Визначаємо номінальну кутову швидкість обертання:

_н = ₀ (1- s_н ) .

3. Визначаємо критичну кутову швидкість обертання:

_кр = ₀ (1- s_кр) .

4. Визначаємо мінімальну кутову швидкість обертання:

_min = ₀ (1- s_min ) .

5. Визначаємо номінальний момент:

М_н = Р_2н / _н .

6. Визначаємо критичний момент:

М_кр = m_кр М_н.

7. Визначається мінімальний момент:

М_min = m_min М_н.

8. Визначаємо пусковий момент:

М_п = m_п М_н.

Приклад

Асинхронний електродвигун з номінальною потужністю 3 кВт і двома парами полюсів одержує живлення від мережі з частотою 50 Гц і приводить в обертання робочу машину з номінальною швидкістю 1450 об/хв. Електродвигун має критичне ковзання 0,33, мінімальне ковзання 0,85, кратність критичного моменту 2,3, кратність мінімального моменту 1,1, кратність пускового моменту 2,1.

Розрахувати механічну характеристику електродвигуна.

Рішення.

1. Визначаємо синхронну швидкість обертання:

.

2. Визначаємо синхронну кутову швидкість обертання:

.

3. Визначаємо номінальне ковзання:

.

4. Визначаємо номінальну кутову швидкість обертання:

_н = ₀ (1- s_н) = 157 (1 - 0,033) = 151,8 рад/с.

5. Визначаємо критичну кутову швидкість обертання:

_кр = ₀ (1- s_кр) = 157 (1 - 0,33) = 105,2 рад/с.

6. Визначаємо мінімальну кутову швидкість обертання:

_min = ₀ (1- s_min) = 157 (1 - 0,85) = 23,6 рад/с.

7. Визначаємо номінальний момент:

Нм.

8. Визначаємо критичний момент:

М_кр = m_кр М_н = 2,319,8 = 45,5 Нм.

9. Визначаємо мінімальний момент:

М_min = m_min М_н = 1,119,8 = 21,8 Нм.

10. Визначаємо пусковий момент:

М_п = m_п М_н = 2,119,8 = 41,6 Нм.

Апаратура керування та захисту

Автоматичний вимикач призначений для захисту електродвигуна від коротких замикань та інших аварійних режимів роботи. Основні елементи: головні контакти з ручним механічним приводом, електромагнітний розчіплювач, тепловий розчіплювач. Літерне позначення на принципових електричних схемах - QF.

Теплове реле призначено для захисту електродвигуна від перевантаження. Основним елементом є нагрівальний елемент, механічна система розчіплювання з біметалічною пластиною. Крім цього має розмикаючі контакти, які відключають електродвигун при перегріві біметалічної пластини від струму, що споживає електродвигун. Літерне позначення на принципових електричних схемах - КК.

Магнітний пускач призначений для включення, вимикання, реверсування, переключення схеми з'єднання обмоток статора електродвигуна. Основні елементи: магнітопровід з нерухомою і рухливою частинами, котушка, силові контакти, блокуючі контакти. Літерне позначення на принципових електричних схемах - КМ.

Кнопкова станція керування призначена для дистанційного керування електродвигуном і має у своєму складі кнопки «Пуск», «Стоп», «Реверс» та інші. Літерне позначення на принципових електричних схемах - SB.

Принципова електрична схема керування двигуном

Розділяють силове електричне коло (для підключення електродвигуна до трьох фаз живильної мережі) та електричне коло керування двигуном (яке включають, як правило, на фазну напругу). Принципова електрична схема управління асинхронним електродвигуном з короткозамкненим ротором показана на рис.7.7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Пуск електродвигуна (при замкненому автоматичному вимикачі QF) відбувається при натисканні на кнопковій станції керування кнопки «Пуск» (SВ1). В результаті подається напруга на котушку магнітного пускача КМ, магнітопровід пускача притягується і замикаючі контакти КМ у силовому колі та у колі керування замикаються (відбувається подача напруги на затиски обмоток статора електродвигуна і двигун починає працювати).

Відключення електродвигуна здійснюється натисканням на кнопковій станції керування кнопки «Стоп» (SВ2). В результаті припиняється подача напруги на котушку магнітного пускача КМ і замикаючі контакти КМ у силовому колі та у колі керування розмикаються (припиняється подача напруги на затиски обмоток статора електродвигуна і двигун зупиняється в результаті самогальмування).

2. Однофазні двигуни змінного струму

Ротор однофазного асинхронного електродвигуна побудований так само, як і в трифазного двигуна з короткозамкненим ротором. На статорі електродвигуна (у пазах магнітопроводу) укладена однофазна робоча обмотка, яка займає 2/3 пазів статора. В іншій частині (1/3 пазів) статора укладена пускова обмотка, яка зсунута в просторі щодо робочої на кут 90.

Пускова обмотка включається тільки на період пуску і після досягнення двигуном усталеної швидкості обертання вона відключається, а електродвигун продовжує працювати з однією робочою обмоткою, тому пускова обмотка виконується з проводу меншого перетину, ніж робоча обмотка. Обмотки статора підключаються до однофазної мережі, причому пускова обмотка підключається через фазозміщуючий елемент (як правило, конденсатор або резистор). Це необхідно, щоб створити в момент пуску фазовий зсув між струмами в обмотках статора на кут 90.

В результаті того, що обмотки статора зсунуті в просторі на кут 90, а струми в обмотках статора зсунуті за фазою на кут 90, в однофазному електродвигуні створюється обертове магнітне поле. Фізичні явища і процеси в роторі аналогічні трифазному двигуну з короткозамкненим ротором.

Механічна характеристика однофазного електродвигуна показана на рис.7.8:

ділянка 1 - робота електродвигуна з пусковою обмоткою;

ділянка 2 - робота електродвигуна без пускової обмотки;

Серійно випускаються однофазні асинхронні електродвигуни потужністю від 18 Вт до 600 Вт з пусковим резистором (АОЛБ) і пусковим конденсатором (АОЛГ), причому вартість конденсатора вище вартості резистора. Двигуни АОЛБ використовуються в пральних машинах, холодильниках, центрифугах та інших установках, у яких не висуваються вимоги до високого пускового моменту. Двигуни АОЛГ використовуються при підвищених вимогах до пускового моменту.

Як однофазний електродвигун при необхідності може бути використаний трифазний двигун. Обмотки статора такого електродвигуна, як правило, з'єднують у такий спосіб. Кінці двох фазних обмоток статора з'єднують у загальний вузол, а на початки цих фаз подають фазну напругу. Третю обмотку статора теж підключають на фазну напругу, але через фазозсувний елемент (наприклад, конденсатор). Ємність конденсатора при частоті струму 50 Гц визначають так:

, (7.15)

де С_р - ємність робочого конденсатора, мкФ;

I_н - номінальний струм електродвигуна, А.

Номінальний струм електродвигуна визначають за паспортними даними:

. (7.16)

Якщо пуск електродвигуна здійснюється з великим навантаженням на валу, то паралельно робочому конденсатору включають пусковий конденсатор (на період пуску). При ємності пускового конденсатора С_п = (6…8)С_р пусковий момент електродвигуна наближається до максимального.

При використанні трифазного електродвигуна в зазначеному вище однофазному режимі його потужність на валу знижується до 75 % від номінальної потужності.

3. Трифазний асинхронний електродвигун з фазним ротором

Побудова статора асинхронного електродвигуна з фазним ротором така ж, як у асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Різниця між цими електродвигунами полягає в конструкції ротора. Фазний ротор має три фазні обмотки, з'єднані між собою за схемою зірки. Кінці фазних обмоток ротора приєднують до трьох мідних кілець, які укріплені на валу електродвигуна та ізольовані одне від одного та від вала двигуна. На кільця накладаються щітки, які розміщені в щіткотримачах, укріплених на одній з підшипникових кришок. Отже, між щітками й обмотками ротора (через кільця) існує ковзний електричний контакт. Таким чином, основна відмінність полягає в тому, що в двигуна з короткозамкненим ротором обмотка ротора виконується у вигляді замкненого контуру при виготовленні, а в двигуна з фазним ротором обмотка ротора замикається через щітки на додаткові резистори. Принцип дії асинхронного електродвигуна з фазним ротором аналогічний асинхронному електродвигуну з короткозамкненим ротором.

Фізичні явища і процеси, які спостерігаються в асинхронному електродвигуні з фазним ротором при його роботі, такі ж, як і в асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Відмінністю є додаткова наявність тертя між щітками і кільцями, а також наявність теплової дії електричного струму, який протікає через кільця, щітки та додаткові резистори.

При роботі асинхронного електродвигуна з фазним ротором в елементах його конструкції спостерігаються ті ж втрати енергії, що й в асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Коефіцієнт корисної дії та коефіцієнт потужності визначаються аналогічно двигуну з короткозамкненим ротором.

Підключення трифазного асинхронного електродвигуна з фазним ротором до живильної мережі здійснюється так само, як і двигуна з короткозамкненим ротором.

Пуск асинхронного електродвигуна з фазним ротором здійснюють, як правило, при номінальній напрузі за допомогою пускового реостата, включеного в обмотки ротора через щітки і кільця. При такому способі пуску реостат цілком вводять, збільшуючи активний опір обмоток ротора. В результаті відбувається зниження пускового струму і збільшення пускового моменту. Механічні характеристики електродвигуна при зміні опору обмоток ротора показані на рис.7.9.

Регулювати частоту обертання асинхронного електродвигуна з фазним ротором можна за допомогою реостата, включеного в обмотки ротора, у бік зниження щодо номінального значення. Регулювання плавне аж до повної зупинки двигуна. Однак к.к.д. електродвигуна знижується через втрати активної потужності в реостаті.

Реверсування асинхронного електродвигуна з фазним ротором виконують так само, як і двигуна з короткозамкненим ротором: змінюють місцями два будь-яких проводи з трьох, якими до обмоток статора підводиться напруга.

Гальмування асинхронного електродвигуна з фазним ротором виконують так само, як і двигуна з короткозамкненим ротором.

Використовують електродвигуни з фазним ротором в установках, де необхідне плавне регулювання швидкості, наприклад, у стендах обкатування двигунів внутрішнього згоряння.

4. Трифазний синхронний двигун

Синхронний електродвигун складається зі статора і ротора, розділених мінімальним повітряним зазором. Статор електродвигуна улаштований так само, як і в асинхронного електродвигуна. Ротор являє собою вал з підшипниками і вентилятором (для охолодження), на якому розташовані полюси з обмоткою збудження (робочою обмоткою). Початок і кінець обмотки збудження з'єднуються з кільцями і щітками. Крім цього на роторі укладена пускова короткозамкнена обмотка з мідних стрижнів, які замкнені накоротко мідними шинами.

Принцип дії синхронного електродвигуна наступний. До обмоток статора підводиться напруга, зсунута за фазою на 120, в результаті чого в електродвигуні створюється обертове магнітне поле. Це поле в пусковій обмотці ротора наводить е.р.с. і в обмотці протікає електричний струм. Взаємодія провідників зі струмом пускової обмотки і магнітного поля приводить до того, що ротор електродвигуна починає обертатися. У той момент, коли швидкість обертання ротора буде близька до швидкості обертання магнітного поля (90 - 95 %), на затиски обмотки збудження подається постійна напруга, в результаті чого в цій обмотці буде протікати постійний електричний струм. Взаємодія цього струму й обертового магнітного поля приведе до того, що ротор електродвигуна буде обертатися одночасно (синхронно) з магнітним полем (тобто електродвигун «ввійде в синхронізм»).

Отже, ротор синхронного електродвигуна обертається з постійною швидкістю, рівною швидкості обертання магнітного поля. Таким чином, синхронний двигун працює з незмінною швидкістю обертання, яка не залежить від навантаження на валу. Механічна характеристика такого електродвигуна показана на рис.7.10.

Пуск синхронного двигуна виконують з мінімальним навантаженням на валу, а після входження в синхронізм номінально навантажують.

Синхронні електродвигуни для промислових цілей випускають в основному великої потужності (100 кВт і більше). Вони застосовуються для приводу установок, де не потрібно регулювання швидкості або необхідна постійність швидкості обертання (вентилятори, компресори, насоси, млини, генератори постійного струму і так далі).

Експериментальне дослідження:

Скласти принципову електричну схему прямого пуску трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. У силовому колі передбачити трифазний автоматичний вимикач і магнітний пускач (для комутації). У колі керування передбачити плавкі запобіжники (для захисту), кнопки «Пуск» і «Стоп» (для керування).

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Размещено на Allbest.ru