4.2. Принцип действия и устройство асинхронных двигателей
При протекании трёхфазной системы токов по трёхфазной обмотке статора в двигателе создаётся магнитное поле, распределённое вдоль окружности воздушного зазора между статором и ротором по синусоидальному закону и вращающееся в направлении чередования фаз с угловой скоростью 1 = 2πn1 (рис. 4.1).
Это поле обеспечивает изменяющееся во времени потокосцепление с обмотками статора и ротора, индуктирующее в них ЭДС. Под действием ЭДС ротора в проводниках его обмотки протекают переменные токи, которые совместно с токами статора создают результирующее поле с индукцией В в зазоре (рис. 4.2). В результате взаимодействия этого поля с токами ротора на проводники ротора действуют электромагнитные силы (силы Ампера), определяющие момент М, который может привести ротор во вращение с угловой скоростью 1 в направлении вращения поля, преодолевая момент сопротивления
Мс= М2 + М0, (4.1)
состоящий из момента сопротивления М2 рабочего механизма, сочленённого с двигателем, и момента потерь самого двигателя М0.
Рис. 4.1. К принципу действия асинхронного двигателя ( крестики и точки – направления намагничивающей составляющей тока статора и ЭДС и активной составляющей тока ротора)
Движение ротора двигателя совместно с механизмом описывается известным уравнением механики:
М – Мс = J (d/dt), (4.2)
где J – суммарный момент инерции вращающихся частей. Согласно уравнению (4.2), если М Мс, то ускорение d/dt 0 и, следовательно, ротор разгоняется до скорости 1, при которой его момент будет равен моменту сопротивления М = Мс. Ротор не может разогнаться до скорости поля из-за наличия момента сопротивления на валу. ЭДС, токи ротора и электромагнитный момент возникают только при 1, т.е. когда ротор проскальзывает относительно поля. Относительную скорость проскальзывания ротора и поля называют скольжением S:
S = (1- )/1=(n1- n)/ n1, (4.3)
где n1 и n – частоты вращения магнитного поля и ротора соответственно.
Энергия источника переменного тока (сети), подводимая к обмотке статора, превращается в механическую энергию на валу, передаваемую рабочему механизму, и частично – в потери самого двигателя. При этом ротор вращается со скоростью 1, т.е. несинхронно с магнитным полем, поэтому рассматриваемое устройство является асинхронным двигателем.
Ротор вращается под действием электромагнитного момента М в направлении вращения магнитного поля. Следовательно, для изменения направления вращения ротора (реверса) необходимо изменить чередование фаз на обмотке статора. Для этого достаточно поменять местами два любых проводника, подводящих напряжение к обмотке статора.
На внутренней цилиндрической поверхности сердечника статора и наружной поверхности сердечника ротора имеются равномерно распределённые пазы для обмоток. Обмотка статора выполняется из медных изолированных проводников. Обмотка ротора может быть выполнена в виде системы стержней из сплава алюминия, залитого в пазы сердечника ротора, и замыкающих колец на торцах. В мощных машинах стержни и кольца выполняют из меди либо латуни. Такую обмотку называют беличьей клеткой, а ротор - короткозамкнутым. В другом варианте обмотка ротора выполняется трёхфазной аналогично обмотке статора и соединяется в звезду. При этом начала фаз обмотки ротора присоединяют к трём изолированным стальным, бронзовым или латунным кольцам, расположенным на валу двигателя. На кольца установлены неподвижные щётки, к которым можно подключать, например, дополнительные сопротивления. Ротор с такой обмоткой называют фазным.
Конструкцию асинхронного двигателя вначале можно изучить, используя учебники или справочники по электрическим машинам [2,3,4,5], а затем по плакатам и макетам, имеющимся в лаборатории. В отчёте следует поместить упрощённый эскиз двигателя с фазным ротором, пронумеровать и назвать все функционально важные элементы, указать их назначение и используемые материалы. На рис. 4.2 и 4.3 приведены конструкции наиболее распространённых асинхронных двигателей.
Рис. 4.2. Асинхронный двигатель серии 4А со степенью защиты IP44:
1, 2 – сердечники статора и ротора; 3 – короткозамыкающее кольцо обмотки ротора; 4 – обмотка статора; 5, 9 – подшипниковые щиты; 6 – вентилятор; 7 - кожух вентилятора; 8 – подшипники; 10 – вал; 11 – коробка выводов; h – высота оси вращения
Рис. 4.3. Асинхронный двигатель серии 4А с фазным ротором и степенью защиты IP23: 1, 2 – обмотки статора и ротора; 3, 4 – сердечники статора и ротора; 5 – вал; 6 – подшипники; 7 – контактное кольцо; 8 – изоляция контактных колец
- Исследование электрических машин
- Часть 1
- Содержание
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя . . . . 5
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия . . . . . . . . . 32
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора . . . . . . .34
- 6.2.3. Характеристики холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
- 6.5. Заключение по работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
- Лабораторная работа № 2 Исследование двигателей постоянного тока с электромагнитным возбуждением
- 2.1.Программа лабораторной работы
- 2.2. Краткие теоретические сведения о двигателях постоянного тока
- 2.2.1. Принцип действия и устройство двигателя
- 2.2.2. Системы электромагнитного возбуждения и обозначения выводов обмоток двигателей
- 2.2.3. Основные уравнения двигателей
- 2.2.4. Пуск двигателей в ход
- 2.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 2.4. Разработка принципиальной электрической схемы опытов
- 2.5. Методические указания к выполнению работы
- 2.5.1. Запуск двигателя
- 2.5.2. Снятие естественных рабочих, скоростной и механической характеристик
- 2.5.3. Снятие искусственных скоростных и механических характеристик
- 2.6. Заключение по работе
- 2.7. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование трехфазного асинхронного двигателя
- 4.1. Программа лабораторной работы
- 4.2. Принцип действия и устройство асинхронных двигателей
- 4.3. Объект исследования и необходимое оборудование
- 4.4. Разработка принципиальных электрических схем опытов
- 4.5. Измерение сопротивления изоляции обмоток
- 4.6. Определение коэффициента трансформации
- 4.7. Опыт холостого хода
- 4.8. Естественные рабочие характеристики
- 4.9. Механические характеристики
- 4.10. Заключение по работе
- 4.10. Заключение по работе
- 4.11. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6
- 6.2. Краткие теоретические сведения о трансформаторах
- 6.2.1. Назначение, устройство и принцип действия
- Намагничивающий ток создаёт результирующую мдс Fμ , а она - результирующий магнитный поток взаимной индукции ф.
- 6.2.2. Уравнения и схемы замещения трансформатора
- Сопротивления в относительных единицах для силовых трансформаторов
- 6.2.3. Характеристики холостого хода
- 6.2.4. Характеристики трёхфазного короткого замыкания
- 6.2.5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
- 6.2.6. Коэффициент полезного действия трансформатора
- 6.2.7. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов
- Маркировка фаз трехфазных двухобмоточных трансформаторов
- 6.3. Методические указания к выполнению лабораторной работы
- 6.3.1. Объект исследования и необходимое оборудование
- Разработка принципиальных электрических схем
- Опыт холостого хода
- Опыт трёхфазного короткого замыкания
- 6.3.5. Снятие внешней характеристики
- 6.3.6. Экспериментальная проверка группы соединения обмоток
- 6.4. Теоретические расчеты и построения
- 6.5. Заключение по работе
- 6.6. Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 12 Исследование трёхфазного синхронного двигателя
- 12.1. Программа лабораторной работы
- 12.2. Принцип действия и устройство синхронных двигателей
- 12.3. Способы пуска синхронного двигателя
- 12.3.2. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.5. Объект исследования и необходимое оборудование
- 12.6. Разработка принципиальной электрической схемы для опытов
- 12.7. Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя методом точной синхронизации
- 12.8. Асинхронный пуск синхронного двигателя
- 12.9. Снятие V-образных характеристик
- 12.10. Снятие рабочих и механической характеристик синхронного двигателя
- 12.11. Заключение по работе
- 12.12. Контрольные вопросы
- Библиографический список
- Часть 1