Тема 6. Асинхронні електродвигуни

Частота та напрямок обертання магнітного поля. Ковзання.
Режими роботи асинхронного двигуна.

Пуск, реверсування, регулювання частоти обертання валу двигуна. Втрати енергії та коефіцієнт корисної дії двигуна. Механічні і робочі характеристики.

обертове магнітне поле і обертова частина машини обертається з різними

швидкостями.
Асинхронні двигуни містять нерухому частину - статор і рухому - ротор. Ротори бувають двох типів: короткозамкнені і фазні.
Обертове магнітне поле створюється або трифазною системою струмів або уведенням спеціальної додаткової обвитки.
Ступінь відставання швидкості ротора від швидкості магнітного поля статора характеризує ковзання:

двигуна визначається за виразом:



Номінальний момент визначають за паспортними даними:

або M -f (s). Максимальне значення моменту відповідає ковзанню, яке

називають критичним, що “розділяє” ділянки стійкої та стійкої роботи двигуна.
• Пуск асинхронних двигунів здійснюється за такими способами: прямий (без посередній); перемикання обвиток статора з "трикутника" в "зірку"; автотрансформаторний; з додатковими (пусковими) опорами.
• Для регулювання швидкості обертання ротора АД використовують: зміну частоти напруги живлення; зміну кількості пар полюсів; зміну ковзання шляхом уведення додаткових опорів у коло ротора. Але це не забезпечує регулювання швидкості в широкому діапазоні.

0), в режимі двигуна (s > 0) і в режимі

гальмування (s > 1).
• Однофазні асинхронні двигуни містять однофазну обвитку, що приводить до створення пульсуючого магнітного поля. Для пуску таких двигунів необхідно використовувати пускову обвитку, в яку вмикають конденсатор або резистор.
• Асинхронні конденсаторні двигуни містять дві обвитки, зсунуті в просторі на 90°. Одна обвитка - робоча - вмикається до напруги безпосередньо, інша - допоміжна - через конденсатор.

поля. Частота та напрямок обертання магнітного поля. Ковзання.

120° із трифазними струмами

ВА = +Вт, Вв = -Вт/2






р р– кількість пар полюсів

називається обертовим магнітним полем. Обертове магнітне поле, вектор магнітної індукції

якого не змінюється за величиною й обертається із сталою швидкістю, називається коловим. Якщо порушено геометричну або електромагнітну симетрію в трифазній електричній машині (амплітуди струмів фаз неоднакові, кути між векторами струмів не становлять 120° тощо), то обертове поле стає еліптичним, в якому сумарний вектор магнітної індукції змінюється за величиною й обертається із змінною кутовою швидкістю. Найкращі умови для роботи електричних машин створює колове обертове магнітне поле.

енергію трифазного струму в механічну енергію
Рис. 3. Конструктивна схема асинхронної

машини

позначено: 1 - осердя статора, набране із листів електротехнічної сталі;

2 - трифазна обвитка статора; З - корпус (станина) статора; 4 - осердя ротора, теж набране з листів електротехнічної сталі; 5 - обвитка ротора; 6
повітряний проміжок між ротором і статором; 7 - вентиляційні канали; 8 - вал машини.

яких під'єднано обвитки статора. На цих затискачах початки обвиток статора

позначені літерами А, В, С (або відповідно СІ, С2, СЗ), а кінці – X, Y, Z (або відповідно С4, С5, С6) (рис.4). До затискачів А, В, С (СІ, С2, СЗ) подається трифазна напруга мережі. З'єднання фаз обвитки статора здійснюється за схемою зірка з'єднанням між собою клем Х- Y- Z (С6-С4-С5) або трикутник з'єднанням клем Х-В, У-С ( С6-С1, С4-С2, С5-СЗ). Обвитки двигунів малої та середньої потужності виготовляються на напруги 380/220 і 220/127 В.

знаменнику (менша за значенням) відповідає (дорівнює) номінальній фазній напрузі двигуна.

Наприклад, якщо лінійна напруга мережі Uл = 380 Д а двигун напругою 380/220 Д то фази обвитки статора з'єднуємо зіркою, а якщо лінійна напруга мережі Uп – 220В, - трикутником.

теж трифазна (для трифазного двигуна). Кінці цих обмоток з'єднують в

одну точку (з 'єднання зіркою), а початки виводять до трьох контактних кілець, розташованих на валу.

Короткозамкнений ротор має обвитку з мідних або алюмінієвих стержнів (1), укладених без ізоляції в пази на зовнішній поверхні ротора й замкнених з торців кільцями (2) накоротко. Алюмінієву обвитку одержують, заливаючи в пази розтоплений алюміній. За зовнішнім виглядом короткозамкнена обвика нагадує колесо білки, тому її деколи називають "колесом білки".

i—>Ф
(N i S)—>
(рамка) —> FEM —> n2

створюється струмами трифазної обвитки статора. В обвитці ротора (короткозамкненій або

фазній) наводиться трифазна система ЕРС, яка викликає струм в провідниках ротора. Взаємодія цього струму з магнітним обертовим полем згідно із законом Ампера приводить ротор в обертання в з частотою n2 в напрямі обертання магнітного поля.

зрівноважуються, ротор матиме деяку усталену частоту обертання n2, меншу від

n1 Різниця частот обертання поля і ротора, віднесена до частоти обертання поля, називається ковзанням:



Отже, ковзання характеризує ступінь відставання ротора стосовно обертового магнітного поля.
Машини, в яких частота обертання ротора n2 відрізняється від частоти обертання поля n1 називаються асинхронними.

розімкненою обвиткою ротора, так само, як у трансформаторі, називають коефіцієнтом

трансформації.



Е1 – ЕРС статора
Е2 – ЕРС ротора
К1 – обвитковий коефіцієнт статора
К2 – обвитковий коефіцієнт ротора

передається обертовим магнітним полем. Ця потужність дорівнює підведеній до двигуна

потужності за відрахуванням втрат в статорі (в міді і в сталі) й називається електромагнітною потужністю РЕМ. Вона створює обертовий момент М, який приводить ротор в обертання.
р - кількість пар полюсів.

кількість фаз дорівнює кількості стержнів ротора)
Одержимо

статора двигуна невеликий - Е1≈U1, отримаємо наближену формулу обертового моменту

двигуна:

Де U1 – фазна напруга джерела живлення.
Для якісного аналізу всі сталі величини у цьому виразі позначимо :

Отже, електромагнітний момент асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги живлення.

валу двигуна. Втрати енергії та коефіцієнт корисної дії двигуна. Механічні

і робочі характеристики.

лінійного струму обвитки статора коефіцієнта потужності соsф, моменту на валу

М2, ковзання з і ККД від корисної потужності на валу Р2 при роботі з номінальною напругою і частотою.

називають механічною характеристикою асинхронного двигуна.

значні пускові струми в обвитці статора, що у декілька (4-7)

разів перевищують номінальні. Це небезпечно для двигуна й для мережі.
Для покращення пускових характеристик АД штучно підвищують опір обвитки ротора, що призводить до збільшення пускового моменту та зменшення пускового струму.

статора до мережі (поміняти місцями будь-які дві фази, наприклад А

і В): початок обвитки СІ з'єднати з лінійним провідником В, початок обвитки С2 - з провідником А, а початок обвитки СЗ залишити приєднаним до провідника С.
Пусковий струм в лінії при сполученні обвиток статора "зіркою" втричі менший, ніж при сполученні їх "трикутником”. Пусковий момент при цьому зменшується теж втричі.
Введення додаткового опору в коло ротора на час пуску дає змогу збільшити пусковий момент аж до максимального значення Мтах і одночасно значно зменшити пусковий струм.

р
Зміною ковзання s

пускового моменту, внаслідок чого ці двигуни не можуть самостійно почати

обертатися. Для того, щоб асинхронний двигун почав обертатися, його ротор необхідно привести в обертання в той чи інший бік сторонньою силою
При нерухомому роторі результуючий момент однофазного двигуна дорівнює нулеві, тому пусковий момент відсутній (Мп= 0).