Асинхронные машины
После изучения настоящего раздела студент должен:
- знать содержание терминов: скольжение, синхронная скорость, круговое вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, контактные кольца, глубокопазный ротор, двойная "беличья клетка", способы изменения направления вращения магнитного поля; устройство и области применения двух типов трехфазных асинхронных двигателей; вид механических характеристик; способы регулирования частоты вращения двигателя;
- понимать принцип возбуждения многополюсного вращающегося магнитного поля; принцип действия трехфазной асинхронной машины в режиме двигателя, генератора и электромагнитного тормоза, факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя, возможность замены трехфазного асинхронного двигателя с вращающим ротором, эквивалентным асинхронным двигателем с неподвижным ротором аналогично физических явлений в трехфазном асинхронном двигателе с неподвижным ротором и в трансформаторе с резистивной нагрузкой; энергетические преобразования в трехфазном асинхронном двигателе;
- уметь осуществлять пуск асинхронного двигателя с различным соединением обмотки статора; измерять скольжение с помощью стробоскопического устройства, частоту вращения, оценивать величины номинального, пускового, максимального моментов, пускового тока и номинального скольжения по данным каталога.
Приступая к изучению этой темы, необходимо понять принцип получения вращающегося магнитного поля.
Изучение асинхронного двигателя надо начинать с его устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и схема замещения асинхронного двигателя облегчают изучение его работы и используются при выводе основных уравнений. Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно демонстрируются при помощи механических и рабочих характеристик.
Основные формулы по разделу "Асинхронные машины".
1. Скольжение:
или 
//
где n1 – скорость вращения магнитного поля статора;
n2 – скорость вращения ротора;
где f1 – частота тока сети, ги
Р – число пар полюсов, на которое сконструирована обмотка статора;
при частоте тока сети 50 Гц:
Таблица
Р | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
n об/мин | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 | 500 |
Синхронную частоту вращения n1 можно определить и без вычисления, а зная только частоту вращения ротора n2, которая по величине близка к ней. Если, например n2 = 1440 об/мин, то ближайшая из указанного ряда синхронных частот вращения может быть только значение номинальной частоты вращения ротора n2 ном.
2. Электродвижущая сила:
обмотки статора
,В //
обмотки ротора
, В //
где f1 – частота тока в сети, ги;
f2 – частота тока в роторе, ги;
W1, W2 – число витков обмотки статора и ротора;
Kобм 1, Kобм 2 – обмоточные коэффициенты обмотки статора и ротора.
Обмоточные коэффициенты учитывают уменьшение э. д.с. при распределенной обмотки по пазам и укорочения шага обмотки.
3. Частота тока обмотки ротора:
//
4. э. д.с. в обмотке вращающего ротора:
/ 1/ 155 /
где E2 – э. д.с. неподвижного ротора;
S – скольжение
5. Индуктивное сопротивление вращающегося ротора:
//
где х2 – индуктивное сопротивление неподвижного ротора.
6. Ток в роторе при скольжении S:
//
где Е2 S – э. д.с. вращающего ротора;
z2 – активное сопротивление ротора;
х2 S – индуктивное сопротивление вращающего ротора.
7. Уравнения, описывающие процесс работы асинхронного двигателя:
а) 
где U1 – напряжение, подводимое к обмотке статора;
I1 – ток в обмотке статора, А;
Z1 – полное сопротивление обмотки статора, Ом;
где R1 и x1 – соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом
б) 
где E2 – э. д.с. обмотки ротора при скольжении
S = 1, т. е. при необходимости ротора, В;
I – ток в обмотке ротора, А;
Z2 S – полное сопротивление обмотки ротора при скольжении S
где z2, х2 – соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки ротора при неподвижном роторе, Ом
в) 
где I1 – ток в обмотке статора, А;
I0 – ток холостого хода двигателя, А;
I2' – ток ротора, приведенный к параметрам обмотки статора
; / 1.157 /
где m1, m2 – число фаз обмотки статора и ротора
W1, W2 – число витков обмоток статора и ротора
Кобм 1, Кобм 2 – обмоточные коэффициенты обмотки статора и ротора
8. Электромагнитный момент асинхронного двигателя:
/ 1.166 /
где m1 – число фаз
U1 – напряжение обмотки статора
z2' – активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к параметрам обмотки статора
Р – число пар полюсов двигателя
f1 – частота тока обмотки статора
S – скольжение
z1,z2 – активные сопротивления обмоток статора и ротора (для ротора приведенное), Ом
х1, х2' – индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора (для ротора – приведенное), Ом
Пример 4.
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А250S4УЗ имеет данные: Номинальная мощность Рном =75кВт; номинальное напряжение Uном = 380 В; частота вращения ротора nном = 1480 об/мин; КПД ηном = 0,93; коэффициент мощности Cos φном = 0,87; кратность пускового тока Iпуск / Iном = 7,5; кратность пускового момента Мпуск / Мном = 1,2; способность к перегрузке (λ) Мmax / Mном = 2,2; частота тока в сети ƒ1 = 50 гц.
Определить: 1) потребляемую мощность; 2) номинальный, пусковой и максимальный моменты; 3) номинальный и пусковой токи; 4) номинальное скольжение; 5) суммарные потери в двигателе; 6) частоту тока в роторе.
Решение:
1. Мощность, потребляемая из сети:
кВт
2. Номинальный момент, развиваемый двигателем:
3. Пусковой и максимальный моменты:
;
4. Номинальный и пусковые токи:
;
5. Номинальное скольжение:
6. Суммарные потери в двигателе:
кВт
7. Частота тока в роторе:
гц
Пример 5.
Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором питается от сети с линейным напряжением 380 В при частоте ƒ = 50 гц. Номинальные данные двигателя: Uном=380/220 В, Рном=30 кВт, nном =720 об/мин, ηном=0,87, Cos φk =0,36. Кратность пускового тока КI = 6,5.
Определить схему соединения фаз обмотки статора, номинальный момент, номинальный ток, потребляемый двигателем из сети сопротивления короткого замыкания (на фазу), активное и индуктивное сопротивление фаз статора и ротора, критическое скольжение.
Определить величину добавочного сопротивления в цепи ротора R'доб, которое должно быть включено в фазу ротора для того, чтобы начальный пусковой момент был равен критическому.
Решение:
1. Обмотки статора соединены в звезду, при этом номинальное напряжение двигателя Uном = 380 В соответствует напряжению сети UR=380 В
2. Номинальный момент на валу ротора:
3. Номинальный ток, потребляемый двигателем из сети:
4. Пусковой ток двигателя:
5. Параметры схемы замещения определяются в пусковом режиме, т. е. при S = 1. В этом случае 
6. Сопротивления короткого замыкания:
;
;
7. Для серийных двигателей характерно:
; 
;
Поэтому:
;
Критическое скольжение:
;
9. Сопротивление R'доб находится из условия, что пусковой момент равен
критическому.
В этом случае:
, отсюда: 
Задача №4
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность которого Рном, включен в сеть под номинальное напряжение Uном с частотой φ = 50 Гц.
Определить: номинальный и пусковые токи, номинальный, пусковой и максимальный моменты, полные потери в двигателе при номинальной нагрузке. Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15 % и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой?
Данные для расчета приведены в таблице.
Таблица
№ вар. | Uном, В | Рном, кВт | Sном, % | ηном, | Cosφном | Р |
|
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 380 380 380 380 380 380 380 380 | 0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 10 13 17 22 30 40 55 75 100 10 13 17 22 30 40 55 75 | 3,0 3,0 4,0 4,5 3,5 2,0 3,0 3,5 4,0 3,5 3,5 3,5 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 | 0,78 0,795 0,805 0,83 0,845 0,855 0,86 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 0,89 0,89 0,9 0,9 0,915 0,885 0,885 0,89 0,9 0,91 0,925 0,925 0,925 | 0,86 0,87 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,9 0,9 0,9 0,91 0,92 0,92 0,92 0,87 0,89 0,89 0,9 0,91 0,92 0,92 0,92 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 | 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 | 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,6 1,5 1,5 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 | 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 |
Задача №5
Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора и ротора которого соединены звездой, включен в сеть с номинальным напряжением Uном с частотой 50 гц.
Определить: 1) номинальный и пусковой токи двигателя; 2) номинальный и максимальный моменты; 3) сопротивление короткого замыкания (на фазу); 4) активное и индуктивное сопротивление фаз статора и ротора (для ротора приведенные значения); 5) критическое скольжение; 6) добавочное сопротивление в цепь ротора, при котором начальный пусковой момент электродвигателя был равен критическому.
Данные для расчета приведены в таблице.
Таблица
№ вар. | Uном В | Рном кВт | nном об/мин | ηном % | Cosφном | Cosφ,к |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 | 7,5 10 5,5 2,2 3,5 5,0 7,5 11,0 7,5 11 16 22 40 55 75 100 30 40 55 75 22 30 40 55 10 | 960 960 710 875 910 940 945 953 720 720 710 710 1440 1440 1450 1450 960 960 960 960 720 720 720 90,0 85,0 | 84 85 82 64 70,5 74,5 78,5 82,5 77,5 81,0 82,5 84,5 90,0 90,5 90,5 90,5 89,0 89,0 89,0 90,5 87,5 87,5 87,5 90,0 85,0 | 0,82 0,83 0,72 0,72 0,73 0,68 0,69 0,71 0,69 0,70 0,74 0,67 0,84 0,84 0,85 0,85 0,84 0,85 0,86 0,86 0,79 0,79 0,81 0,81 0,82 | 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,34 0,34 0,33 0,32 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 | 1,8 1,8 1,7 2,3 2,5 2,9 2,8 3,1 2,6 2,9 3,0 3,0 2,5 2,6 2,7 3,0 2,8 2,7 2,6 2,7 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 | 5,5 5,5 5,5 5,0 5,0 5,0 5,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 |
Литература
1. Кацман машины. М., Высшая школа, 19с.
2. Токарев машины. М., Энергоатомиздат, 19с.
3. Пиотровский машины. Л., Энергия, 19с.
4. Николаев к лабораторным работам по электрическим машинам. М., Энергия, 19с.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
