50 Конструкция и принцип действия АД (стр. 1 )

50 Конструкция и принцип действия АД.

АД потребляет около 50 % электроэнергии. Диапазон мощностей от долей ватта до десятков тысяч кВт. КПД у АД мощностью более 1 кВт – 0,7…0,95. КПД микродвигателей от 0,2 до 0,65. Потребляют реактивный ток. У АД мощностью свыше 1 кВт , в микродвигателях . АД изготавливают для сетей однофазного, двухфазного и трёхфазного тока.

Конструкция машины: статор и ротор. Листы статора и ротора из электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазах статора и ротора обмотки. У ротора короткозамкнутая обмотка, у статора обычная. Статор помещается в станине. К станине боковые щиты с подшипниками.

Принцип действия АД. Обмотка статора подключается к трёхфазной сети. Токи в обмотке создают вращающееся магнитное поле. Угловая скорость этого поля:

,

где – частота в сети ;

p – число пар полюсов.

Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в проводниках протекает ток. На проводники с током в магнитном поле действуют силы, которые совпадают с направлением вращения магнитного поля статора. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки, а направление сил – по правилу левой руки.

Скорость вращения ротора n всегда меньше скорости вращения поля статора. По мере разгона ротора уменьшается его скорость вращения относительно скорости магнитного поля статора ( ), в результате уменьшается наводимая в обмотке ротора ЭДС и ток. Это приводит к уменьшению электромагнитного момента. В зависимости от нагрузки на валу АД устанавливается равновесная скорость вращения ротора. Её значение оценивается с помощью коэффициента скольжения:

,

где соответственно равно:

,

.

Частота тока в обмотке ротора соответственно равно:

.

При номинальной нагрузке S = 0,015…0,05 . Скорость вращения ротора через скольжение:

.

Пределы изменения скольжения S от

Паспортные данные АД:

1.  Номинальная мощность на валу двигателя (отдаваемая);

2.  Линейное напряжение обмотки статора в виде дроби звезда/треугольник;

3.  Линейные токи в виде дроби при соединении звезда/треугольник;

4.  Частота питающей сети;

5.  Коэффициент мощности ;

6.  Коэффициент полезного действия ;

7.  Для АД с однофазным ротором дополнительно указывается напряжение и ток ротора.

51 АД при неподвижном роторе.

Рассмотрим АД с обмотками на статоре и роторе. Ротор заторможен (S=1). Подключаем обмотку статора к трёхфазной питающей сети, к обмотке ротора подключаем сопротивление нагрузки. Тогда АД будет работать как трансформатор. Энергия, потребляемая обмоткой статора из сети напряжением передаётся электромагнитным путём во вторичную цепь при напряжении . Частоты в первичной и вторичной обмотках будут одинаковыми и равными:

.

При работе АД с заторможенным ротором в нём протекают процессы, как в трансформаторе.

Электродвижущая сила, индуцируемая в обмотках статора и ротора:

.

Отношение ЭДС

,

где коэффициент трансформации.

В коэффициент трансформации для АД входят обмоточные коэффициенты и , которые учитывают пространственное расположение обмоток. Относительное смещение осей обмоток статора и ротора вызывают сдвиг по фазе ЭДС, индуцируемый в обмотках вращающимся полем статора. Если ротор повернуть на угол в сторону вращения магнитного поля, то магнитное поле при своём вращении будет набегать сначала на фазу статора, а затем на фазу ротора. Вследствие этого ЭДС фазы будет отставать от ЭДС фазы на электрический угол

.

АД при неподвижном роторе можно включить по схеме автотрансформатора. При этом он называется индукционным регулятором, в котором при const можно получить плавное регулирование вторичного напряжения. Напряжение будет отличаться от напряжения сети вследствие того, что к фазным напряжениям сети будет геометрически прибавляться ЭДС , индуцируемая вращающимся полем в фазах вторичной обмотки, т. е

.

Векторная диаграмма для одной из фаз имеет вид.

При повороте ротора с помощью червячной передачи угол изменяется и конец вектора перемещается по окружности радиусом . Если обмотки статора и ротора имеют одинаковое число витков, то

,

и тогда, постепенно поворачивая ротор, вторичное напряжение можно изменять в пределах от 0 до . При этом будет изменяться угол сдвига между напряжениями . Включая обе обмотки последовательно или параллельно, АМ при неподвижном роторе можно использовать также в качестве регулируемого активного сопротивления.

52 Замещение вращающегося ротора эквивалентным неподвижным.

В АМ при вращающемся роторе происходит преобразование электрической энергии в механическую, если она работает двигателем. Частота тока в роторе отличается от частоты тока в обмотке статора.

АД при вращающемся роторе можно заменить эквивалентным ему по энергетическим и электромагнитным процессам двигателем при неподвижном роторе. При такой замене ток и его фаза в роторе и МДС ротора должны оставаться неизменными.

Ток во вращающемся роторе при скольжении S

. (1)

ЭДС обмотки ротора:

, (2)

так как

,

получим

. (3)

Индуктивное сопротивление рассеяния:

, (4)

где - индуктивное сопротивление рассеяния при неподвижном роторе.

С учётом (3) и (4) запишем (1) в виде:

. (5)