Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома


НазваниеПоложительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома
страница6/7
Дата публикации04.06.2013
Размер0.89 Mb.
ТипЗакон
userdocs.ru > Физика > Закон
1   2   3   4   5   6   7
^

58. Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия.


Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности). 
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации. 
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

асинхронный электродвигатель обмотка статора

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин. 
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников. 
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу. 

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.
Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам 

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а - ротор с короткозамкнутой обмоткой, б - "беличье колесо", 
в - короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 - сердечник ротора, 2 - замыкающие кольца, 3 - медные стержни, 
4 - вентиляционные лопатки 
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам. 
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора. 
 

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 - вал двигателя, 2 - ротор, 3 - обмотка ротора, 4 - статор, 5 - обмотка статора, 6 - корпус, 7 - подшипниковые крышки, 8 - вентилятор, 9 - контактные кольца 
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек. 
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом. 


59. Вращающий момент и механическая характеристика асинхронного двигателя.
На ротор и полюсы статора действуют электромагнитные вращающие 
моменты, одинаковые по величине и направленные в противоположные стороны. 
       Мощность, необходимая для вращения статорных полюсов с синхронной частотой,

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6170.gif,

         где  http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6180.gif - угловая скорость. 

         Механическая мощность, развиваемая ротором,

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6190.gif

         где  http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6200.gif - угловая скорость ротора. 

         Разность мощностей

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6210.gif

         где   РЭ2 - электрические потери в роторной обмотке; 
                 m2 - число фаз обмотки ротора; 
                 R- активное сопротивление обмотки ротора; 
                 I2 - ток ротора.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6220.gif

         откуда

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6230.gif     (7).


         Вращающий момент, с учетом (6),

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6240.gif.

         где   http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6250.gif,       КТ - коэффициент трансформации двигателя с заторможенным ротором.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6260.gif,

         где   U1 - напряжение сети.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6270.gif     (8).

         где  http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6280.gif      - константа.

         На рис. 5 изображена зависимость электромагнитного момента от скольжения в виде сплошной линии.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6300.gif

Рис. 5

         Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2. 
         На рис.5 имеются две точки, для которых справедливо равенство Мэм = М2;
это точки а и в
         В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2;. 
         В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а
         Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть - областью неустойчивой работы. Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы. 
         Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2 больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным. 
         Максимальный момент найдем следующим образом. Сначала определим значение критического скольжения, при котором функция Мэм будет максимальной. Для этого первую производную функции по скольжению от выражения (8) приравняем нулю.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6310.gif

         откуда

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6320.gif.     (9)

         Подставив значение критического скольжения в формулу (8), получим

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6330.gif.     (10)

         Из формул (8), (9), (10) видно:

  1. величина максимального вращающего момента не зависит от активного сопротивления цепи ротора;

  2. с увеличением активного сопротивления цепи ротора максимальный вращающий момент, не изменяясь по величине, смещается в область больших скольжений (см. кривая 1 рис. 12,5);

  3. вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети.

         Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n2 = f (M2). Механическую характеристику получают при условии U1 - const, f1 - const. Механическая характеристика двигателя является зависимостью вращающего момента от скольжения, построенной в другом масштабе. На рис. 6 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.

http://bourabai.kz/toe/emperem/ris_6340.gif

Рис. 6

     С увеличением нагрузки величина момента на валу возрастает до некоторого максимального значения, а частота вращения уменьшается. Как правило, у асинхронного двигателя пусковой момент меньше максимального. Это объясняется тем, что в пусковом режиме, когда n2 = 0, а S = 1 асинхронный двигатель находится в режиме, аналогичном короткому замыканию в трансформаторе. Магнитное поле ротора направлено встречно магнитному полю статора.

60. Активная мощность и КПД

При работе асинхронного двигателя происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии переменных токов сети в механическую энергию вращательного движения. Этот процесс сопровождается бесполезным расходом части энергии источника питания на нагрев машины, который характеризуется величинами мощностей электрических, магнитных и механических потерь. Нагрев обмоток определяется мощностью электрических потерь статора и ротора, обладающих активными сопротивлениями r1 и r2. По закону Джоуля-Ленца, она, как известно, пропорциональна квадрату тока в обмотке. Нагрев пакетов магнитопровода, вызванный гестерезисом и вихревыми токами, характеризуется мощностью магнитных потерь. Механические потери слагаются из потерь механической энергии на трение в подшипниках и контактных кольцах, а также на вентиляцию внутри машины. Процесс преобразования электрической энергии в полезную механическую, развиваемую асинхронным двигателем, может быть описан уравнением баланса активной мощности. На основании закона сохранения и преобразования энергии можно записать:


Рис.2.111. Схемы связей между частями машинного устройства (а) и диаграмма мощностей (б) асинхронного двигателя.

P1=3U1I1cosφ1=P1э+P1м+P2э+P2м+Pмех+P2

где Р1 — мощность потребления машиной электрической энергии; Р - мощность электрических потерь в обмотке статора; Р- мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода статора; Р -мощность электрических потерь в обмотке ротора; Рмех - мощность механических потерь; Р2 - полезная механическая мощность двигателя; Р - мощность магнитных потерь в сердечнике ротора.
Это уравнение наглядно иллюстрируется диаграммой мощностей (рис.2.111, б) Она дополнена структурной схемой асинхронного двигателя (рис. 2.111, а), которая указывает на характер связей, существующих между источником питания, статором электрической машины, ротором и рабочим механизмом (станок, кран, насос и т.п), приводимым в движение электрической машиной. Источник питания и статор связаны между собой электрически, статор и ротор имеют магнитную связь, а ротор и рабочий механизм — механическую.
Следует иметь в виду, что в паспорте асинхронного двигателя, так же как и других электрических двигателей, в качестве номинальной мощности всегда указывается его полезная механическая мощность Р2, а не мощность потребления электрической энергии Р1. Отношение этих мощностей определяет КПД двигателя.

η=P2/P1

Номинальный КПД современных трехфазных асинхронных двигателей составляет 0,75—0,95; наибольший КПД имеют машины большой мощности

1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconПрактическая работа №1 Тема : исследование ципей постоянного тока
Цель: Научится собирать последовательные,параллельные и смешанные цепи постоянного тока правельно подключать приборы для измерения...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconЗакон Ома для переменного тока. Приборы и принадлежности
Цель работы: изучить методы измерений индуктивности катушки, емкости конденсатора и экспериментально проверить закон Ома для переменного...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconЗакон Ома для конденсатора Закон Ома для цепи переменного тока
Энергия заряженного конденсатора: где u — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор. Из лекции: q= uc; i=dq/dt=d(UC)/dt=UmCWcoswt;...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconИсследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”
Ами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома icon5 Примерный перечень вопросов к зачёту (экзамену) по всему курсу
Гашение электрических дуг в цепях постоянного тока при шунтировании дугового промежутка активным сопротивлением
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома icon1 3 Задача. Расчёт разветвлённой линейной цепи постоянного тока
...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома icon0)+300sin(5ωt-1800), В$$Содержит, U=100b амплитудное значение тока I
В каких электрических цепях возникают переходные процессы?$$ В электрических цепях, содержащих энергонакопительные элементы
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconТок, напряжение, мощность и энергия в электрических цепях
Под электрической цепью понимается совокупность электротехнических устройств, предназначенных для прохождения электрического тока,...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома iconИсследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы
...
Положительные направления токов и напряжений в цепях постоянного тока. Закон Ома icon5. Законы Кирхгофа зтк: Алгебраическая сумма токов в любом узле или...
Электрическим током называется упорядоченное движение частиц носителей тока. Постоянный ток – ток неизменимый во времени. Электрический...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница