4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором механическая характеристика

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором механическая характеристика

Основные соотношения
Работу любого электродвигателя можно характеризовать: (мощностью Р, развиваемой на валу электродвигателя при его работе, частотой вращения, моментом инерции /, или маховым моментом GD2y и моментом вращения М. Зависимость усилия, развиваемого электродвигателем и выраженного моментом вращения М, от частоты вращения называют механической характеристикой.
При испытаниях электродвигателей и некоторых расчетах на основе результатов испытаний пользуются соотношениями, связывающими между собой отдельные механические величины, а также механические величины с электрическими. Рассмотрим основные механические величины и связь между ними как при поступательном, так и при вращательном движении тел.
При ‘поступательном движении такими величинами являются длина пройденного пути S, время | скорость равномерного движения, ускорение в равноускоренном движении ИЯВ масса т, являющаяся мерой инертности тела, Ц сила F = am. При .вращательном движении соответствующими величинами являются угол ф, время I угловая частота равномерного вращательного движения Ц или п (число оборотов в минуту), угловое ускорение равноускоренного вращательного движения е, момент инерции, являющийся мерой инертности тела во вращательном движении /, или маховой момент GD2 (CD2 = 4gJ, где g=9,8 м/с2), и момент вращения М.
Рассмотрим простой механизм для поднятия груза 3 (рис. 105) тросом 2, наматываемым на блок 1. Массу груза 3 обозначим буквой т, частоту вращения блока я, радиус блока R. Допустим, что через некоторое время блок совершил оборотов, а груз переместился из положения положение, пройдя путь.
Зная, что длина окружности равна 2я/?, а число оборотов блока, можно выразить пройденный грузом путь через частоту вращения блока.
Очевидно, скорость перемещения груза в поступательном движении также можно выразить через частоту вращения блока. Таким образом, все механические величины при поступательном и вращательном движении взаимосвязаны, поэтому, зная одни из них, по известным формулам можно найти другие.
Связь между моментом вращения М, выраженным в килоньютонметрах, и мощностью Р на валу электродвигателя, выраженной в киловаттах, при частоте вращения п оборотов в минуту определяется формулой М = 9,55 Р/п,
Механические характеристики асинхронного двигателя. На рис. 106, а-показана механическая характеристика асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Зная синхронную частоту вращения двигателя n0 = 60flp (где f — частота переменного тока, Гц; р — число пар полюсов), нормальную частоту вращения к нормальный момент вращения и критический момент вращения можно заменить действительную характеристику двигателя, имеющую довольно сложную конфигурацию, отрезком прямой линии, проведенным через точку на оси ординат и точку с координатами до точки 2 с абсциссой Ми. Этот отрезок с достаточной точностью представляет рабочий участок механической характеристики двигателя.
Для двигателя с фазовым ротором дается семейство характеристик (рис. 106,6). Характеристика 1 (естественная) соответствует закороченному ротору, а характеристики 2, 3 и 4 (реостатные) получают при различных сопротивлениях, введенных в цепь ротора.
Рис. 106. Механические характеристика асинхронного электродвигателя: а — с короткозамкнутым ротором, б — с фазным ротором
Любая реостатная характеристика с достаточной точностью может быть представлена отрезком прямой линии, проведенной через точку п0 на оси ординат и точку частоту вращения находят по
формуле сопротивление обмотки ротора; добавочное сопротивление, включенное в одну фазу ротора; — номинальное сопротивление, -подсчитываемое по номинальным значениям напряжения U и тока /и ротора.
Механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Эти характеристики (рис. 107) представляют собой прямые I (естественная характеристика) и 2, 3, 4 (реостатные характеристики) при включенных последовательно с якорем, имеющим сопротивление, сопротивлениях.
Естественную характеристику строят по двум точкам частоты вращения п0 идеального холостого хода при М = 0 и для номинальной частоты вращения соответствующей номинальному моменту Мн. Частоту идеального холостого хода п0 определяют, зная номинальную частоту, номинальное напряжение
Реостатная характеристика проходит через точку п0 на оси ординат и через точку. Зная дополнительное сопротивление, введенное в цепь якоря, и номинальное сопротивление,
находят частоту вращения по формуле
Построение пусковых диаграмм для асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением. Для получения -пусковой диаграммы (рис. 108) строят естественную характеристику 1 двигателя, а затем в зависимости от условий пуска двигателя выбирают величину пускового момента (для двигателя постоянного тока в 2—2,5 раза больше номинального момента вращения, соответствующего номинальному току якоря, а для асинхронного двигателя, если требуется быстрый разворот, — 0,85 максимального момента вращения) и проводят прямую, параллельную оси ординат, на расстоянии от нее, равном М.
Далее определяют момент Af2, при котором двигатель должен переключаться на другую ступень сопротивления. Этот момент должен быть ‘больше момента сопротивления агрегата (двигателя вместе с приводимым им механизмом). Если момент сопротивления неизвестен, момент Af2 принимают в 1,1 раза больше номинального момента вращения двигателя и проводят на диаграмме прямую, параллельную оси ординат, на расстоянии от нее, равном М2.
После этого ‘проводят первую реостатную характеристику 3 для полностью введенного сопротивления через точки а и б, соответствующие частоте вращения п0 на оси ординат и выбранному моменту М1 на оси абсцисс. Через точку в при пересечении этой реостатной характеристики с прямой М2—Ж 2 проводят прямую линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения ее в точке г с прямой. Через точку г проводят вторую реостатную характеристику 2, соответствующую оставшейся части сопротивления пускового реостата, и через точку пересечения этой реостатной характеристики с прямой М2—ЛГ2 проводят прямую линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения ее в точке е с прямой. Если точка е окажется ниже или выше естественной характеристики, построение пусковой диаграммы следует повторить, уменьшив момент М2 или увеличив М в первом случае и увеличив М2 или уменьшив М во втором случае.
Для двигателей постоянного тока по оси абсцисс при построении механической характеристики откладывают не момент вращения, а ток якоря, поскольку момент вращении и ток я Кир и связаны прямой пропорциональной зависимостью, вид характеристики не меняется, а измерять ток и выполнять соответствующие расчеты проще.
Нетрудно рассчитать пусковые сопротивления. Для этого проводят вертикальную прямую из точки на оси абсцисс, соответствующей номинальному моменту вращения двигателя (см. рис. 107), измеряют отрезки, подсчитывают нормальное сопротивление по формуле для двигателя постоянного тока. Затем определяют пусковые сопротивления.
Для построения механических характеристик двигателей требуется знать ряд величин; частоту вращения, момент вращения, момент инерции, или маховой момент, момент сопротивления агрегата ( двигателя с приводимым им механизмом) и другие, которые берут из паспортных данных, протоколов предыдущих испытаний, а при отсутствии определяют по результатам измерений в процессе пусконаладочных испытаний. Рассмотрим некоторые методы определения этих величин, необходимых для построения механических и пусковых характеристик.

Читать еще:  Датчик температуры масла двигателя на турбо

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

  • Справочник электрика
    • Бытовые электроприборы
    • Библиотека электрика
    • Инструмент электрика
    • Квалификационные характеристики
    • Книги электрика
    • Полезные советы электрику
    • Электричество для чайников
  • Справочник электромонтажника
    • КИП и А
    • Полезная информация
    • Полезные советы
    • Пусконаладочные работы
  • Основы электротехники
    • Провода и кабели
    • Программа профессионального обучения
    • Ремонт в доме
    • Экономия электроэнергии
    • Учёт электроэнергии
    • Электрика на производстве
  • Ремонт электрооборудования
    • Трансформаторы и электрические машины
    • Уроки электротехники
    • Электрические аппараты
    • Эксплуатация электрооборудования
  • Электромонтажные работы
    • Электрические схемы
    • Электрические измерения
    • Электрическое освещение
    • Электробезопасность
    • Электроснабжение
    • Электротехнические материалы
    • Электротехнические устройства
    • Электротехнологические установки

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической чертой мотора именуется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2) . Потому что при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая черта представляется зависимостью n = f (M) . Если учитывать связь s = (n1 — n) / n1 , то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая черта асинхронного мотора

Естественная механическая черта асинхронного мотора соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным характеристикам питающего напряжения. Искусственные свойства получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании мотора не номинальным напряжением свойства также отличаются от естественной механической свойства.

Механические свойства являются очень комфортным и полезным инвентарем при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Пример расчета механической свойства асинхронного мотора

Трехфазный асинхронный движок с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Характеристики мотора: P н= 14 кВт, n н= 960 об/мин, cos φн = 0,85, ηн = 0,88, кратность наибольшего момента k м= 1,8.

Найти: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критичный момент, критичное скольжение и выстроить механическую характеристику мотора.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Немало техники — бытовой, строительной, производственной имеют двигатели. Если задаться целью и проверить тип мотора, в 90% окажется, что стоит асинхронный двигатель. Это обусловлено простотой конструкции, высоким КПД, отсутствием электрического контакта с движущейся частью (в моделях с короткозамкнутым ротором). В общем, причин достаточно.

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Любой электродвигатель — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Электрический двигатель состоит из неподвижной (статор) и подвижной части (ротор). Строение статора таково, что он имеет вид полого цилиндра, внутри которого имеется обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть — ротор. Он также имеет вид цилиндра, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается из-за наводимых магнитным полем статора токов. По способу вращения двигатели делят на синхронные и асинхронные.

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель отличается тем, что частота вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором, у него неравны. То есть, ротор вращается несинхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, в рабочем режиме скорость его вращения меньше. Второе название этого типа двигателей — индукционные. Это название связано с тем, что движение происходит за счёт наводимых на нём токов индукции.

Читать еще:  Габарит двигателя что это такое

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

Коротко описать принцип работы асинхронного двигателя можно так. При включении мотора на обмотки статора подаётся ток, из-за чего возникает переменное магнитное поле. В область действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться вслед за переменным полем статора.

Статор

Статор асинхронного двигателя состоит из трёх частей: корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит в качестве опоры для электродвигателя. Изготавливают его из стали или чугуна, сваркой или литьём. К прочности корпуса предъявляются высокие требования, так как при работе возникают вибрации в результате которых может сместиться ротор, что приведёт к заклиниванию мотора и выходу его из строя.

Статор асинхронного двигателя

Есть и ещё одно требование — геометрия корпуса должна быть идеальной. Между обмоткой статора и ротором зазор делают в несколько миллиметров, так что малейшие отклонения могут быть критичны.

Сердечник статора

Сердечник статора асинхронного электродвигателя изготавливают из наборных металлических пластин. Так как сердечник является магнитопроводом, металл используется магнитная электротехническая сталь. Для уменьшения потерь из-за вихревых потоков сердечник набирается из пластин, покрытых слоем диэлектрика (лак).

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

Толщина одной пластины — 0,35-0,5 мм. Они собираются в единый пакет, так чтобы пазы всех пластин совпадали. В эти пазы затем укладываются витки обмотки.

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Статор асинхронного электромотора чаще всего имеет трёхфазную обмотку возбуждения. Она называется так, потому что является причиной движения ротора. Обмотка статора состоит из катушек, навитых из медной проволоки которые укладываются в пазы сердечника. Каждая обмотка может состоять из нескольких витков проволоки или из одного витка. Провод используется специальный, с лаковым покрытием, которое изолирует витки друг от друга и от стенок сердечника.

Как уже говорили, чаще всего обмотка статора асинхронного двигателя имеет три фазы. В этом случае оси катушек расположены со сдвигом 120°. При таком строении магнитное поле имеет два полюса и делает один полный оборот за один цикл трёхфазного питания. При частоте в электросети равной 50 Гц, скорость вращения поля (и ротора) 50 об/сек или 3000 об/мин.

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

Для уменьшения скорости вращения ротора в асинхронном двигателе обмотку делают с большим количеством полюсов. Так с четырехполюсным стартером скорость вращения будет вдвое меньше — 1500 об/мин. Обмотка с шестью полюсами статора даёт втрое меньшую скорость — 1000 об/мин. С восемью полюсами — в четыре раза меньше, т. е. 750 об/мин. Ещё более «медленные» электромоторы делают очень редко.

Концы обмоток статора выводятся на клеммную коробку корпуса. Тут они могут соединяться по принципу «звезда» или «треугольник» в зависимости от типа подаваемого питания (220 В или 380 В).

Ротор

Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух видов: короткозамкнутым и фазным. Чаще всего встречаются машины с короткозамкнутым ротором. Их преимущество в простоте конструкция и несложной технологии изготовления. Что еще важно, в таких моторах отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это повышает долговечность, делает обслуживание более редким и простым.

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

Асинхронные электромоторы с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Но они позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных устройств, со старта имеют высокий крутящий момент. Так что приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировки скорости вращения.

Устройство короткозамкнутого ротора

Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне эта конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют короткозамкнутую обмотку ротора.

Устройство короткозамкнутого ротора

Изначально и стержни, и замыкающие кольца изготавливались из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт делают из алюминиевых стержней, с алюминиевыми же замыкающими дисками. Расстояние между стержнями заливается снова-таки алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.

Так как при работе выделяется значительное количество тепла, для охлаждения перемычки «беличьего колеса» делают с дополнительными вентиляционными лопатками. Так во время работы происходит самоохлаждение. Оно работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

Ротор устанавливается в статор, концы вала фиксируются при помощи крышек с вмонтированными подшипниками. Это двигатель без щеток (безщеточный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть мотора начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Оно возникает после подачи питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и предметы, которые находятся в его поле. Простая и надёжная конструкция, которая обусловила популярность электрических двигателей этого типа.

Как сделан фазный ротор

Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же наборные кольца с пазами под укладку медных катушек. Количество обмоток ротора три, соединены они обычно «звездой».

Читать еще:  Что такое кпд авиационного двигателя

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Концы роторных обмоток крепят к контактным кольцам из меди. Эти кольца жёстко закреплены на валу. Кроме того, они обязательно изолированы между собой, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Так как наличие колец отличительная черта этого типа движков, иногда их называют кольцевыми.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Для фиксации ротора к корпусу статора делают две крышки с подшипниками. На одной из крышек закрепляются щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счёт чего имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя его сопротивление, меняем напряжение, а с ним и скорость вращения.

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Несмотря на то что двигатели с фазовым ротором лучше стартуют, позволяют в процессе работы плавно менять скорость при помощи обычного реостата, чаще применяется моторы короткозамкнутого типа. В этой конструкции отсутствуют щетки, которые выходят из строя первыми. Кроме того, более простое устройство подвижной части снижает стоимость двигателя, агрегат служит дольше, уход и техобслуживание проще.

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

Тем не менее стоит более подробно ознакомиться с достоинствами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, достоинства короткозамкнутого асинхронного двигателя:

  • Простая конструкция.
  • Лёгкое обслуживание.
  • Более высокий КПД.
  • Нет искрообразования.
  • Малый пусковой крутящий момент.
  • Высокий пусковой ток (в 4-7 раз выше номинального).
  • Нет возможности регулировать скорость.

Магнитное поле трехфазного статора толкает ротор

Из-за высокого пускового тока прямое включение допускается для двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют пускорегулирующей аппаратуры. Обычно используют частотный преобразователь, который плавно увеличивает ток, обеспечивая плавный старт без перегрузок.

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

  • Быстрый и беспроблемный старт.
  • Позволяет менять скорость в процессе работы.
  • Прямое подключение возможно, практически без ограничения мощности.

Недостатки тоже есть: наличие щёток, возможность искрения, сложное и частое обслуживание.

Как регулируется частота вращения

Как уже писали, частота вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость. Но это не только так можно регулировать скорость вращения. Она еще зависит от напряжения и частоты питания.

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частоту регулируют поставив частотный преобразователь. Частотник — более выгодное решение, так как он ещё и снижает стартовые токи и может быть программируемым.

Однофазный асинхронный двигатель

Выше рассматривался трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном двигателе их две. Одна рабочая, вторая вспомогательная. Вспомогательная нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротору. Потому может называться ещё пусковой или стартовой.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (стартовую или пусковую)

Когда в статоре включена одна обмотка, она создаёт два равных магнитных поля, вращающихся в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет какое-то начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте? Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленные в разные стороны. Так что с их помощью заставить вращаться ротор невозможно. В простейшем варианте вращение задаётся вручную — механически. Затем вращение подхватывает поле.

Чтобы автоматизировать запуск однофазного асинхронного двигателя и сделана вспомогательная обмотка. Она сконструирована так, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает вторую. Соответственно, одна из составляющих перевешивает, задавая вращение ротора. Затем стартовая обмотка отключается, вращение поддерживает основная.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором механическая характеристика

  • Абитуриенту
  • Студенту
  • Выпускнику
  • Аспиранту
  • Сотруднику
  • Гостю
  • Контакты
  • Версия для слабовидящих
  • English
  • Контакты приемной комиссии
  • Опорный университет
  • Структура
  • Преподаватели
  • Доступная среда
  • Контакты и реквизиты
  • Телефонный справочник
  • Антитеррор
  • План университетского городка
  • Профилактика коронавирусной инфекции
  • История развития

  • Руководство
  • Ученый совет
  • Нормативные документы
  • Сведения об образовательной организации
  • Управления и отделы
  • Государственные закупки

  • Институты
  • Филиалы
  • Колледжи
  • Центры
  • Образовательные программы
  • Магистратура
  • Аспирантура, докторантура
  • Военная подготовка
  • Дополнительное образование
  • Научно-техническая библиотека

  • Научные направления
  • Конференции
  • Конкурсы и гранты
  • Фестиваль науки
  • Организация НИР
  • Диссертационные советы
  • Центры коллективного пользования
  • Научные издания

  • Управление международных коммуникаций
  • Программа «Tempus» и «ERASMUS+»
  • Проект «NanoBRIDGE»
  • Проект «Bridge»
  • Проект «HP»
  • Академия «Cisco»
  • Инновационные предприятия
  • Центр трансфера технологий

  • Воспитательная работа
  • Кураторы
  • Профсоюзы
  • Студенческий клуб
  • Центр карьеры
  • Газета «За инженерные кадры»
  • Спорт и отдых
  • Медицинская помощь

  • НОВОСТИ
  • АНОНСЫ

Год науки и технологий — год новых свершений

В течение всего 2021 года при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы и конкурсы для всех желающих.

Соглашение о сотрудничестве

В рамках соглашения будет идти подготовка кадров для газовой отрасли региона, организация совместных научно-исследовательских мероприятий, повышением квалификации сотрудников «Газпром трансгаз Саратов».

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector