Простейшая асинхронная машина конструктивно представляет собой рамку, вращающуюся в переменном магнитном поле. Однако на практике эта модель является достаточно информативной и не имеет практического применения в промышленности. Поэтому построение функциональной модели асинхронного электродвигателя показано на рисунке 1 ниже.
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором
Асинхронные двигатели — это очень распространенные электродвигатели. Они просты в строительстве и обслуживании и очень надежны благодаря своей простой конструкции. Однако одним из недостатков является то, что скорость вращения вала постоянна и зависит от количества полюсов в обмотке статора. Но как быть, если во время работы необходимо изменить скорость?
Необходимость в регулировании скорости возникает в первую очередь для электродвигателей, установленных на кранах. Основными функциями, которые они выполняют, являются
- движение крана (моста крана) по рельсам, и
- движение крана-коляски (перпендикулярно рельсам), и
- подъем грузов.
Для перемещения настила крана (оба конца настила) можно использовать два двигателя. Два крюка разной грузоподъемности можно использовать для подъема грузов, поднимаемых разными электродвигателями. Крюки имеют два диапазона скорости подъема, для которых также можно использовать два двигателя.
Крановые мосты.
Существуют и другие машины, скорость которых необходимо контролировать: конвейеры, вентиляторы.
Еще одной причиной для изменения скорости вращения электродвигателей является их щадящий режим работы. Когда двигатель запускается, он потребляет ток, во много раз превышающий его номинальный ток. Это называется входным током. Если двигатель сильно загружен и его трудно разогнать, двигателю требуется больше времени для запуска, а пусковой ток нагревает обмотки статора и может привести к их разрушению. Кроме того, вал двигателя и подшипники подвергаются механическим нагрузкам, что сокращает срок их службы.
Двигатели постоянного тока могут изменять скорость вращения вала. Для этого в цепь обмотки включается реостат. Решение этой проблемы используется в электрическом транспорте, таком как трамваи, троллейбусы, поезда и метро. Однако из-за уникальных характеристик постоянного тока вся инфраструктура электроснабжения для этих потребителей организована особым образом. Невыгодно использовать постоянный ток на предприятиях, где большинство потребителей питаются от трехфазного переменного тока. Двигатели постоянного тока сами по себе имеют ряд недостатков, таких как сложные щетки и обслуживание коллектора. Розетки нагреваются, и трудно дистанционно управлять многими розетками одновременно.
Поэтому в этих машинах используются асинхронные двигатели с фазно обмотанными роторами.
Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором
Статор этих двигателей ничем не отличается от статора обычного двигателя. Однако его ротор имеет дополнительную трехфазную обмотку, соединенную звездообразным проводом, концы которого выступают в контактное кольцо. Кольцо имеет щетки, используемые для подключения обмоток к электрической цепи.
Фаза ротора
Асинхронные короткозамкнутые двигатели работают следующим образом
- Ток в обмотке статора создает вращающийся магнитный поток внутри статора.
- Меняющийся во времени поток создает электромагнитное напряжение между обмотками ротора.
- Когда обмотка ротора замкнута, индуцированный АДР создает ток в обмотке ротора.
- Токоведущие проводники ротора взаимодействуют с вращающимся магнитным полем статора — возникает вращающий момент.
Асинхронный двигатель — роторный двигатель Особенности: ток ротора может быть изменен путем подключения резистора последовательно с обмотками ротора. Чем выше сопротивление резистора, тем меньше ток ротора. По мере уменьшения тока сила взаимодействия с вращающимся магнитным полем статора также уменьшается. Скорость вращения снижается.
Конструкция асинхронных двигателей с фазными роторами
Наличие сопротивления в цепи ротора увеличивает размер механизма управления двигателем. Потребляемая мощность увеличивается с ростом мощности двигателя. Однако это важно и для небольших двигателей, где конструкция магазинов резисторов усложняется и требует постоянного охлаждения. Резисторы изготавливаются из материалов с высоким удельным сопротивлением. Их проводники либо заключены в каркас, либо установлены на фарфоровом изоляторе. Конструкция помещается в корпус с охлаждающими жалюзи или накрывается сеткой.
Магазины резисторов для крановых двигателей с ротором с фазной обмоткой
Не всегда возможно обнаружить резисторы в помещении. На кранах они расположены непосредственно на мосту, что приводит к большому скоплению пыли в кране и требует частого обслуживания.
Скорость двигателей с фазами ротора не всегда регулируется. Сопротивление цепи ротора изменяется равномерно. Для этого резисторы делятся на последовательно соединенные секции, а в схему устанавливаются управляющие контакты. Если необходимо увеличить скорость вращения, контактор шунтирует некоторые резисторы и уменьшает общее сопротивление. При максимальной скорости все резисторы шунтируются; при минимальной скорости резисторы не шунтируются.
Асинхронные двигатели с фазным ротором
Плавный запуск двигателя с фазным ротором
Система плавного пуска двигателя PF работает автоматически. Оператор нажимает кнопку запуска, и автоматика делает все автоматически.
Главный контактор подключает обмотки статора к трехфазному напряжению. Двигатель начинает вращаться с минимально возможной скоростью, поскольку в цепи ротора установлены резисторы с максимально возможным сопротивлением.
Первый контактор, который регулирует первую часть сопротивления в цепи ротора, становится активным после определенной задержки, создаваемой реле времени. Скорость вращения немного увеличивается. Еще через некоторое время второе реле инициирует следующий контактор. Следующий резистор шунтируется, ток ротора увеличивается и скорость вращения возрастает. Тот же процесс продолжается до тех пор, пока все резисторы не будут удалены из цепи ротора. Затем двигатель достигает номинальной скорости.
Геометрия плавного пуска асинхронных электродвигателей с фазнонамотанными роторами
Количество ступеней ускорения выбирается в зависимости от тяжести старта. Разгон не такой плавный, и ток в статоре увеличивается постепенно. Во время запуска и перехода к каждой последующей стадии двигатель все еще поглощает низкие пусковые токи.
Этот недостаток устраняется в электродвигателях, использующих жидкостные пускатели. В качестве сопротивления используют жидкость с высокой специальной стойкостью. Это дистиллированная вода, в которой растворена специальная соль. Снижение сопротивления достигается за счет уменьшения расстояния между электродами, помещенными в эту жидкость. Электроды перемещаются от небольшого двигателя с помощью червяка. Это снижает сопротивление цепи и плавно ускоряет работу двигателя.
Обмотка 2 помещается в паз в сердечнике статора, предназначенного для проведения электричества и формирования ГЭД. Количество обмоток зависит от количества полюсов на фазу. По количеству обмоток электродвигатели также различают следующим образом
Регулирование частоты вращения трёхфазного асинхронного двигателя
Скорость вращения ротора асинхронного двигателя определяется по формуле
Где находится частота вращения магнитного поля статора в минуту?
— Частота мгновенных токов в секунду равна частоте старых кругов в секунду.
— Количество пар полюсов статора.
Исходя из уравнения (6.16), регулировка частоты асинхронного двигателя, вращающегося в короткой вращающейся цепи, может изменять ток, скольжение и число старых полюсов.
Частота обмотки двигателя может регулироваться с помощью тиристорного регулятора частоты, который представляет собой достаточно сложную конструкцию. Скорость магнитного поля статора регулируется неловко.
Регулирование скольжения достигается путем изменения напряжения питания цепи статора с помощью трехфазного самопишущего или симисторного регулятора.
Настройка скорости асинхронного двигателя путем изменения числа полюсов осуществляется постепенно. Таким образом, если число обмоток статора равно 6. На каждую фазу приходится по две обмотки. （При соединении двух обмоточных звезд, соединенных в соответствии с (рис. 6.21), магнитное поле полюса вращается со скоростью. Частота вращения магнитного поля статора в минуту.
Рисунок 6.21. звезда — диаграмма магнитно-магнитного движения для создания
На рисунке 6.22 показана схема параллельного соединения обмоток статора по схеме «двойная звезда». Чередование секций фазовой обмотки со звезды на двойную звезду осуществляется при постоянном значении максимального вращающего момента и пускового момента.
Рис. 6.22. Схема параллельного соединения статора асинхронного двигателя, установленного в двойной звезде, образующей дипольное магнитное поле
Механические характеристики переключения фазных обмоток показаны на рисунке 6.23.
Рис. 6.23. механические характеристики асинхронных двигателей при скоростных режимах работы
Для управления скоростью асинхронного двигателя с фазовращателем метод Liumat управляет курсором путем изменения активного сопротивления его фазовой обмотки.
Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.
Рисунок 1 — Основная схема асинхронного двигателя
Переключатель QF используется для активации цепей управления и питания. Асинхронный двигатель запускается кнопкой SB1 «Пуск», которая замыкает контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. При этом замыкаются главные контакты в цепи питания статора. В результате активируется двигатель M. В то же время система управления замыкает замыкающие контакты KM и обходит кнопку SB1.
Нажатием клавиши SB2 «STOP» можно отключить двигатель асинхронного короткозамкнутого контура. Это размыкает сетевое питание контактов КМ и прекращает подачу напряжения на статор. После этого выключатель QF должен быть отключен. Схема управления АДП при коротком замыкании обеспечивает различные защиты
- Из-за короткого замыкания — через выключатель QF и предохранитель FU.
- Защита от перегрузки — через тепловое реле KK (в случае размыкания контакта км и прекращения работы двигателя), и
- Защита от нуля — через магнитный контакт КМ (в случае низкого напряжения или его отсутствия контакт КМ отключается и электродвигатель выключается).
Нажмите клавишу SB1 еще раз, чтобы подключить двигатель после активации защитного механизма.
Реверсивный пуск асинхронного двигателя
Рис. 3: Реверсивный запуск асинхронного двигателя с коротким вращением.
Эта цепь позволяет двигателю запускаться и изменять направление вращения. Для запуска двигателя необходимо остановить QF и нажать кнопку SB1 «Пуск». Это приведет к протеканию тока в КМ1 и активизации статора. Реверс двигателя AD осуществляется последовательным нажатием клавиш SB3 «стоп» (KM1 выключается и двигатель останавливается) и SB2 «реверс» (KM2 активируется и асинхронный двигатель запускается в реверс).
В этой схеме нажатие кнопки реверса меняет последовательность фаз силового напряжения статора двигателя и изменяет направление движения двигателя. Нормально замкнутые контакты KM1 и KM2 используются для защиты от случайного включения двух магнитных пускателей KM1 и KM2 одновременно. Это также активная защита, аналогичная описанной выше. Двигатель можно выключить, нажав кнопку SB3 и выключатель QF.
Опрос: Название устройства Название устройства Название устройства Тенденция U v поток I Производительность — Частота переменного тока f Гц Скорость вращения
Пусковой процесс поэтапно
Чтобы лучше понять процесс запуска, запуск фазового двигателя переменного тока можно разбить на различные основные этапы.
- Работа асинхронного двигателя начинается с постепенного и равномерного раскручивания вала и уравновешивания крутящего момента сил сопротивления.
- С учетом тормозного момента, действующего на курсор, компенсации потерь и переноса кинетической энергии к элементам конструкции, потребление энергоресурсов значительно возрастает.
- На этом этапе начальные значения характеристик пускового момента и скольжения напрямую связаны с активным сопротивлением, создаваемым способом подключения цепи к ряду резисторов.
- Сопротивление резистора загрузки уменьшает значение электрической системы, но увеличивает пусковой момент до максимального значения.
- Чтобы уменьшить пусковой момент, необходимо использовать методы, увеличивающие сопротивление резисторов. Это также помогает ограничить зону проскальзывания и снизить риск достижения неприемлемых цен, которые негативно влияют на ускорение электродвигателя.
- Для поддержания крутящего момента ускорения, сокращения времени запуска и защиты устройства от перегрева необходимо постепенно уменьшать сопротивление пускового резистора.
- Различные характеристики резистора меняются местами с помощью ускоряющих контактов, подключенных последовательно к цепи.
- Для предотвращения перенапряжения в обмотках ротора отключение установки от сети питания возможно только при коротком замыкании цепи ротора.
Если цепь ротора не замкнута накоротко при выключении данного силового агрегата, номинальное напряжение может быть увеличено в три или четыре раза.
Важные технические характеристики
Современные асинхронные двигатели с фазными бегунками должны соответствовать определенным параметрам для обеспечения качественной и бесперебойной работы при определенных условиях. Асинхронный двигатель подходящего размера с оптимальными электрическими характеристиками является залогом нормальной и эффективной работы всей электроустановки.
Основными техническими характеристиками электродвигателей являются
- Мощность, соответствующая техническим нормам
- Габаритные размеры и конструкция,.
- Степень защиты от воздействия окружающей среды при эксплуатации в определенных условиях (например, некоторые модели специально предназначены для работы в помещении, другие могут эксплуатироваться на открытом воздухе, или одни устройства могут выдерживать сильный холод, другие — сильную жару); и
- толщина и качество изоляционного покрытия (двигатели с роторами, соединенными ступенчато, должны быть рассчитаны на высокие внутренние температуры и сильный нагрев обмоток, где используются специальные защитные изоляционные слои)
- Условия эксплуатации в соответствии с правилами
- система охлаждения, которая обеспечивает нормальную работу силовой установки в заданном режиме работы; и
- уровень шума, создаваемого при работе машины на холостом ходу (предпочтительно ниже категории 2).
Это самые важные параметры, которые необходимо учитывать при выборе и эксплуатации электродвигателя. Однако существуют и другие особенности, определяющие специфические режимы работы и обслуживания асинхронных электродвигателей. Обычно они подробно описаны в руководствах и технической документации к силовому агрегату или электроприводу.
Конструкционные особенности
Знание конструктивных особенностей оборудования значительно облегчает приобретение и последующую работу на нем, в том числе эксплуатацию и ремонт асинхронных двигателей с фазными роторами. Прежде всего, следует помнить, что все электродвигатели устроены по схожему принципу — они неизбежно имеют статор и подвижный ротор, который совершает вращательное движение в силовом агрегате. Статор асинхронного двигателя с фазным ротором имеет обмотку, подключенную к сети переменного тока, и напряжение в этой обмотке взаимодействует с обмоткой ротора. Эта взаимосвязь объясняется принципом магнитного потока.
Типичная конструкция статора для асинхронных двигателей представляет собой корпус двигателя с предварительным сердечником. Обмотки сердечника разделены на несколько секций катушек. Эти обмотки питаются защитными проводниками, которые предотвращают короткое замыкание. Ротор состоит из вала и сборного ламинированного сердечника. Здесь используются симметричные пазовые плиты стандартных размеров, обычно изготовленные из высокотехнологичной стали. Во время работы вал ротора передает крутящий момент на движение электрической системы.
Конструкции асинхронных двигателей с основными компонентами следующие
Наиболее распространенными считаются два типа ротора.
В первом варианте частью конструкции является алюминиевый стержень, который проходит через сердечник и закрывается торцевым кольцом. Это так называемое «беличье колесо». Для повышения прочности щели часто обрабатываются алюминиевыми составами. Конструкция фазных бегунков несколько отличается от конструкции бегунков с короткозамкнутой клеткой. Здесь количество катушек, расположенных под определенным углом, напрямую связано с количеством согласующих полюсов и часто сравнимо с количеством согласующих полюсов, расположенных в статоре.
Анализ: наименование наименование единица измерения напряжение uv ток IA выход n-ac частота fHz скорость вращения nRPM сопротивление R Ом скольжение s-ADREV крутящий момент MN*m коэффициент нагрузки cos φ — количество фаз
Принцип работы
Разобравшись с конструкцией и пусковыми характеристиками трехфазного асинхронного двигателя, можно перейти к изучению принципа его работы следующим образом.
- На трехобмоточный статор подается трехфазное напряжение от внешнего источника переменного тока.
- Последовательно индуцируется магнитное поле, и оно начинает вращаться.
- Вращательное движение постепенно превышает скорость вращения ротора.
- В какой-то момент отдельные силовые линии статора и ротора начинают пересекаться, что приводит к возникновению электродвижущей силы.
- Эта электродвижущая сила непосредственно воздействует на короткозамкнутые витки ротора, которые, в свою очередь, генерируют ток в роторе.
- Через некоторое время ток в роторе начинает взаимодействовать с магнитным полем статора, создавая вращающий момент, который приводит в действие асинхронную машину.
Преимущества и недостатки
Спрос на этот тип асинхронного двигателя в настоящее время определяется следующими важными преимуществами
- Высокие значения крутящего момента, которые могут быть достигнуты после запуска машины.
- Кратковременные механические перегрузки выдерживаются устройством без существенных последствий и не влияют на работу машины.
- В случае различных перегрузок системы двигатель поддерживает постоянную скорость. Отклонения незначительны.
- Пусковой ток значительно ниже, чем пусковой ток большинства асинхронных двигателей. С короткозамкнутыми бегунками.
- Эти машины предлагают возможность использования систем, автоматизирующих процесс запуска и ввода в эксплуатацию.
- Дизайн и конструкция этих машин очень просты.
- Устройства работают простым способом, не требующим значительных трудозатрат.
- Затраты относительно невелики.
- Обслуживание этих машин не требует больших затрат труда и времени.
Однако, при всех своих многочисленных положительных сторонах, асинхронные двигатели с фазовым вращением имеют и некоторые недостатки. Основными из них являются следующие особенности этих двигателей
- Их очень большой размер двигателя может вызвать неудобства при установке и эксплуатации.
- Их эффективность и общий объем производства намного ниже, чем у многих их аналогов. Вариант с клеткой намного лучше по этим параметрам.
Регулирование скольжения достигается путем изменения напряжения питания цепи статора с помощью трехфазного самопишущего или симисторного регулятора.
Презентация для проведения занятия на тему «Пуск двигателей с фазным ротором. Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками. Регулирование частоты вращения АД»
Отметим, что в соответствии с Федеральным законом N273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» об организации образовательной деятельности обучение и воспитание обучающихся с ограниченными возможностями здоровья организуется совместно с другими обучающимися либо в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 учебных материалов для школ и семей
Переподготовка по курсу
Обзор: символы и единицы измерения названия символы единицы измерения
Анкета: названия и единицы измерения название единицы измерения напряжение
Обзор: названия и единицы измерения название название название название название название название единица измерения единица измерения единица измерения напряжение U
Опрос: названия и единицы измерения название название название название название название единица измерения единица измерения единица измерения напряжение U V
Опрос: название и единица измерения название название единицы измерения единица измерения напряжение УФ ток
Вопрос: название и единица измерения название название единицы измерения единица измерения напряжение UV ток I
Вопрос: название и единица измерения название название единица измерения напряжение УФ ток IA
Q: Название устройства название название название устройства название название напряжение УФ ток IA производительность
Q: Название единицы измерения Название единицы измерения Название единицы измерения Название единицы измерения Название единицы измерения Напряжение УВ Ток IA Производительность n
Вопрос: название единицы измерения название единицы измерения название единицы измерения напряжение УФ ток ВА производительность n-n
Версия Вопрос: название прибора название прибора идентификация прибора напряжение УФ ток IA производительность h-AC частота
Краткое описание документа:.
Технические процессы и автоматизация производства (по отраслям) в рамках ОП.10 Электромеханика презентация 15.02.07 Карантин (заочная форма обучения) для студентов профессионального обучения.
Тема: запуск двигателя с роторами со ступенчатой намоткой. Запуск двигателей с короткозамкнутыми бегунками сепаратора. Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками. Управление скоростью асинхронных двигателей. Индукционный преобразователь частоты. Асинхронные двигатели.
