Характеристика магнитного поля асинхронного двигателя

Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор изготовлен в виде полого стального цилиндраcпазами на внутренней стороне. Впазах статора расположена 3-х фазная обмотка (несколько токовых катушек с осями под углом α =120° /р, гдеpчисло пар катушек- полюсов). Обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (так называемое “беличье колесо”). [ Касаткин, Электротехника, стр. 419]

Рисунок фото стр. 415 Пантюшин

Принцип действия АД – основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора, индуцирует в них ЭДС, согласно закону ЭМИ. В замкнутом проводнике ротора возникает ток I_р. На проводник с током, помещенный в магнитное поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент M=FD, где D-диаметр ротора.

Ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля с частотой n₂ несколько меньшей n₁. Степень отставания характеризуется параметром скольжение S . S =n₁-n₂/n₁. Под действием нагрузки скорость вращения ротора уменьшается.

Вопрос2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Достоинства:

а)простота конструкции и обслуживания,

б) низкая стоимость,

в) надежность в эксплуатации, экономичность,

г) легко осуществлять реверс,

д) возможность использования во взрывоопасных производствах. ( нет искрения).

а)Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети.,

б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный в 6-8 раз,

в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики.

Вопрос3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.

Ответ3: Принцип получения вращающегося магнитного поля.

Если подключить катушки статора АХ,ВY,CZ ( рис 6-3а ) к 3-х фазному напряжению, то ток в каждой из катушек будет изменяться в соответствии с временной диаграммой изменения 3-х фазного напряжения (рис 6-3б) , соответственно магнитное поле создаваемое этими токами будет изменяться аналогичным образом. В каждый момент времени магнитные поля каждой из катушек суммируются и дают результирующее поле. Рассмотрим процесс получения результирующего поля в моменты времени когда токи в фазах А, В и С максимальны и положительны ( интервал времени составит одну треть периода Т/3) .

Пусть в момент времени t₁ ток катушки АХ I_A положительный и поле этой катушки направлено вдоль оси этой катушки. В это же время токи катушек фаз В и С отрицательны и их магнитные поля направлены противоположно их осям. Оси катушек расположены под углом 120°. Сумма 3х-полей дает магнитное поле направленное вдоль оси катушки АХ. (рис 6-4a)

Аналогичные рассуждения в моменты времени t₂=t₁+T/3 и t₃=t₃+T/3 дают результирующие поля вдоль осей BY второй катушки и CZ третьей катушки соответственно. Через время равное периоду Т вектор магнитного поля вновь будет расположен вдоль оси АХ первой катушки. Таким образом, мы получили вращающееся магнитное поле. В каждый момент времени поле направлено перпендикулярно продольной оси статора.

Часть магнитного поля статора выходит из статора и замыкается по воздуху. Это поля рассеяния. Они не участвуют в процессе передачи энергии от статора к ротору.

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, являясь основным элементом электропривода рабочих машин.

Асинхронный электродвигатель представляет собой машину переменного тока, имеющую неподвижный статор с обмоткой и вращающийся ротор, который выполняется в зависимости от конструкции электродвигателя. Характерной особенностью асинхронного электродвигателя является неравенство частот вращения ротора и вращающегося поля статора, а также наличие у них коллектора и контактных щёток – механического преобразователя переменного тока в постоянный.

В асинхронном электродвигателе трёхфазное магнитное поле статора, индуцируемое трёхфазным переменным током, создаёт магнитное поле в роторе и, соответственно, ток в его обмотке, что в свою очередь создаёт магнитное поле ротора. В результате два магнитных поля, взаимодействуя, создают вращательный момент. ЭДС самоиндукции в обмотке статора действует встречно подводимому напряжению и ограничивает ток через обмотку. В электродвигателе постоянного тока вращательный момент создаётся постоянным магнитным полем статора и якоря (ротора). Магнитное поле статора неизменяемое (постоянное), магнитное поле якоря регулируется за счёт изменения тока якоря. Изменение параметров магнитного поля якоря и обуславливает регулировочные характеристики электродвигателя постоянного тока.

Асинхронные машины относятся к категории неявнополюсных машин, поскольку ни на статоре, ни на роторе асинхронной машины нет явно выраженных полюсов, при этом обмотки (и статора, и ротора) равномерно распределены в пазах по внутреннему периметру сердечника статора и внешнему периметру сердечника ротора.

Конструктивно асинхронные электродвигатели переменного тока подразделяются на два основных типа: с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. Эти типы электродвигателей имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь формой выполнения ротора.

Электродвигатели постоянного тока также различаются по способу возбуждения: электродвигатели могут быть с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением, а также с использованием постоянного магнита.

Каждый электродвигатель характеризуется номинальными данными:

• Р_ном – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

• U_ном – номинальное напряжение электродвигателя, В;

• I_ном – номинальный ток электродвигателя, А;

• n_ном – номинальная частота вращения, об/мин;

• cosφ — коэффициент мощности (для электродвигателей переменного тока);

• КПД – коэффициент полезного действия;

• соединение обмоток – Y (звезда) Δ (треугольник) (для трёхфазных электродвигателей переменного тока);

• класс нагревостойкости изоляции обмоток статора – F (буква обозначающая класс);

• I_{ном. ротора} — номинальный ток ротора, А (для электродвигателей постоянного тока и переменного тока с фазным ротором);

• режим работы электродвигателя – S + цифра, обозначающая режим работы.

Электроизоляционные материалы, применяемые при изготовлении электродвигателей, разделяются на семь классов по нагревостойкости (эти же классы материалов применимы и для других электрических машин). В таблице 1 приведены значения температуры изоляции в зависимости от класса. На практике запрещается допускать перегрева электродвигателя (любой из его частей) свыше 80°С, но в аварийных режимах (когда из группы в работе остался только один электродвигатель и т.п. ситуации) можно ориентироваться на цифры в таблице 1.

Таблица 1. Предельная температура обмоток по классу изоляции

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

Полный текст:

• 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.

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.

Характеристика магнитного поля асинхронного двигателя

генеральный директор Научно-исследовательского института проблем биологической безопасности

«Замена штаммового состава в нашей вакцине показала высокий результат»

Презентация председателя Комитета Науки Министерства образования и науки Курмангалиевой Ж.Д. на секционном заседании Комитета науки от 4 августа 2021 года

Президент К. Токаев озвучил меры по поддержке ученых

В ежегодном послании народу Казахстана Президент К. Токаев определил первоочередные направления поддержки казахстанской науки и ученых. Предложения научного сообщества не просто услышаны руководством страны – они включены в планы социально-экономического развития страны.

«Молодые казахстанки занимают ведущие позиции в управлении образованием и наукой»

Каныш Имантаевич Сатпаев

Oдин из величайших людей не только бывшего Советского Союза, но и уходящего века, который своим гением, своим трудом практически создал и возглавил школу геологов Казахстана и оказал огромное влияние на развитие геологической науки

Коллекция трудов казахстанских ученых

На поверхности холоднокатаных полос довольно часто встречаются дефекты «раковины от окалины», обусловленные недостаточно качественным удалением окалины с поверхности подката – горячекатаных полос. В местах залегания данных дефектов может присутствовать невытравившееся окалина.

В работах [1, 2] исследовано влияние различных факторов на выкатываемость поверхностных дефектов полос при холодной прокатке. Однако, при дальнейшей кузнечно-штамповочной обработке металла и при нанесении полимерных покрытий, остатки невыкатанных поверхностных дефектов могут приводить к разрушению полосы и дефектам покрытия металла. Выкатываемость поверхностных дефектов во многом зависит от степени восстановления пластичности металла после отжига.

Пневмокамера основана на использовании свойств сыпучести зерна без псевдожижения. Получены результаты аэродинамических измерений при принятых значениях скорости воздуха без и с жалюзийной решеткой.

Любая теория — это продукт действия, т.е. практики. Рождаясь из нее, она способствует ее перспективному развитию. Иными словами, теория и практика по сути неразделимы и лишь в ходе их эволюции возникают отдельные моменты, свидетельствующие о закономерной прерывности формы и вида деятельности. Эта закономерность наглядно выступает в учебном процессе.

Моделирование промышленных процессов в лабораторных условиях является трудоемким процессом. Применение ЭВМ в значительной степени облегчает данный процесс моделирования.

Экспериментальное моделирование промышленных процессов прокатки полосы с дефектами является трудоемким процессом. В значительной степени применение ЭВМ облегчает процесс моделирования.

Одним из важнейших компонентов национальной культуры, а, следовательно, и риторического идеала, является коммуникативное поведение народа. Под коммуникативным поведением понимают правила и традиции общения той или иной лингвокультурной общности.[1] Оно, как правило, имеет ярко выраженную национальную окраску. Следовательно, и комплимент будет обладать национальной спецификой.