Методическое пособие «Асинхронные машины».

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана.

 

Дисциплина «Общая электротехника»

 

Методическое пособие «Асинхронные машины».

 

 

Шерстняков Ю.Г.

 

Компьютерная верстка:

Архипов И.С.

БМТ1-41

http://bmt1-x1.narod.ru

АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Введение.

Открытие в 1880 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла вращающегося магнитного поля, получаемого с помощью переменных токов, положило начало конструированию многофазных электрических машин. Наиболее экономичной среди многофазных систем переменного тока оказалась система трёхфазного тока, основы которой заложил в 1889-91гг. инженер М. Доливо - Добровольский. Предложенная им конструкция трёхфазного асинхронного двигателя в основных чертах сохранилась до наших дней.

Асинхронные машины используются в основном как двигатели и в настоящее время они наиболее распространены во всех отраслях промышленности благодаря конструктивной простате, низкой стоимости и высокой надежности при минимальном обслуживании. По возможностям регулирования частоты вращения они уступают только двигателям постоянного тока.

Принцип действия асинхронного двигателя (АД)

В АД одну из обмоток размещают на статоре, а вторую - на роторе. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величину которого для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым (рис.2.1).

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора АХ, BY, CZ соединяют по схеме "звезда" или "треугольник" и подключают к трёхфазной сети.

Обмотку ротора выполняют также трёхфазной или многофазной и размещают равномерно вдоль окружности ротора. Её фазы ах, by, cz в простейшем случае замыкают накоротко. При питании трёхфазным током обмотка статора создает вращающееся магнитное поле, синхронная частота вращением которого

где f₁ - частота сети, р - число пар полюсов, образованных обмоткой статора.

Вращающееся поле статора (полюсы N₁ и S₁ на рис.2/1) сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. На рисунке показано, согласно правилу правой руки, направление ЭДС в проводниках ротора. При определении направления ЭДС принимают условно поле неподвижным, а проводники - движущимися в направлении, противоположном направлению движения поля (по часовой стрелке). Под действием ЭДС в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора появляются токи. Активная составляющая этих токов совпадает по фазе с ЭДС. При этом условные обозначения (крестики и точки) на рис.2.1 показывают одновременно и направление ЭДС и направление активной составляющей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется с помощью правила левой руки. Суммарное усиление F_ЭМ, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Если этот момент достаточен для преодоления момента сопротивления М_с, то ротор придет во вращение и его установившаяся скорость n₂ будет соответствовать условию М = М_с.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети, преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Частота вращения ротора n₂, называется асинхронной, всегда меньше частоты вращения поля без внешнего вмешательства, так как только в этом случае существует индуктив­ная связь между обмоткой ротора и магнитным полем

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора оценивают скольжением:

или

Очевидно, что в двигательном режиме 1>s>0. На рис.2-2 представлена зависимость между скольжением и скоростью вращения ротора.

Примечание к рисунку: режим тормоза и режим генератора надо поменять местами.

 

 

Если с помощью внешнего момента увеличитьчастоту вращения ротора n₂>n₁,то изменится направление ЭДС и активная составляющая тока в проводниках ротора и, соответственно, направление электромагнитного момента М, который станет тормозным. Это соответствует генераторному режиму работы двигателя, при котором механическая энергия внешнего воз­действия превращается в электрическую энергию, поступая в сеть. В этом режиме S<0.

Если изменить направление вращения ротора за счёт внешнего момента (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в проводниках ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина будет получать из сети активную мощность. Однако, электромагнитный момент М будет направлен против вращения ротора, т.е. является тормозным. Этот режим работы асинхронной машины называют режимом электромагнитного торможения. При этом n₂<0, a s>1.

Так как частота вращения магнитного поля относительно ротора равна , то частота наводимых в ее обмотке ЭДС и тока

т.е. частота в роторе не постоянная, а изменяется прямо пропорционально скольжению.

Заключение

Ограниченный объем пособия (как и курса лекций) не позволяет рассмотреть все интересные и полезные вопросы из теории и практики ТР и АД. Ответы на многие из них для расширения кругозора и получения знаний можно найти в ниже приведенной литературе по электрическим машинам.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Брускин Д.Э., Захарович А.Е. Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины: Учеб. для электротехн. спец. вузов.- М.: Высш. шк.,1990.-528с.

Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики: Учеб. для вузов.- М.: Высш. шк., 1986. - 350с.

Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учеб. для вузов. М.: Энергия, 1980. - 928с.

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана.

 

Дисциплина «Общая электротехника»

 

Методическое пособие «Асинхронные машины».

 

 

Шерстняков Ю.Г.

 

Компьютерная верстка:

Архипов И.С.

БМТ1-41

http://bmt1-x1.narod.ru