У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

1Принцип действия асинхронного двигателя Асинхронный двигатель это электрическая машина которая ис

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2015-07-05

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 28.4.2025

    ГЛАВА 3

  ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

3.1 АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

3.1.1 Принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель - это электрическая машина, которая использует взаимодействие вращающегося магнитного поля с токами наведенными этим же полем в обмотках ротора.

Принцип действия иллюстрирует рисунок 3.1.

   

     Рис 3.1

Вращающееся магнитное поле материализовано в виде подковообразного магнита, вращающегося с угловой скоростью s, называемой синхронной скоростью. Это поле индуцирует вихревые токи в металлическом диске, подвижном вокруг своей оси. Под действием вращающегося магнитного поля на индуцированные токи, диск вращается в том же направлении, что и поле, однако его скорость вращения  меньше, чем синхронная (  < s ).

3.1.2 Вращающееся магнитное поле

В асинхронном двигателе вращающееся магнитное создается трехфазными токами циркулирующими по обмоткам статора. Рассмотрим создание этого поля подробно.

Имеются три неподвижные обмотки AX, BY, CZ, сдвинутые друг относительно друга на 120 в пространстве и обтекаемые трехфазными токами (Рис.3.2 и 3.3):

    iA = Im sint

    iB = Im sin(t - 2/3)

    iC = Im sin(t + 2/3)

             

 Рис.3.2           Рис.3.3.

 Рассмотрим эту конструкцию для трех моментов времени t1 ,t2 ,t3

 (Рис.3.4, 3.5, 3.6).

 Момент времени t1: iA = + Im, iB= - Im /2 , iC = - Im /2.

На плоскости получим рисунок 3.4. Здесь суммарная индукция магнитного поля будет

    

или в абсолютных величинах

    .

 Момент времени t2: iA = - Im/2, iB = + Im, iC = - Im /2.

 На плоскости получим рисунок 3.5. Здесь суммарная индукция магнитного поля будет

    

или в абсолютных величинах

    

 Момент времени t3: iA = - Im/2, iB = - Im/2, iC  = + Im.

 На плоскости получим рисунок 3.4. Здесь суммарная индукция магнитного поля будет

    

или в абсолютных величинах

     

          

  Рис.3.4     Рис.3.5

       

     Рис.3.6

На основании рассмотрения этих трех частных случаев можно сделать заключение, что три неподвижные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120 и обтекаемые токами, сдвинутыми на 120 во времени создают вращающееся магнитное поле, чья индукция постоянна. Такое поле является двухполюсным. Если конструкция содержит полюсов, то синхронная угловая скорость будет

    

и соответствующая ей частота вращения

    [об/мин]

где:  - пульсация;

 f  - частота сети.

Таким образом, в трехфазной обмотке, состоящей из р катушек на фазу создается магнитное поле вращающееся с частотой

     [об/мин].

Таблица 3.1. представляет частоту вращения в функции числа полюсов, при частоте сети  f = 50 Hz.

               Таблица 3.1

Число пар полюсов

            p

 1

  2

  3

  4

 

  5

 

 6

Синхронная частота

вращения

 n [ об/мин ]

3000

1500

1000

750

600

500

 

3.1.3 Логическая диаграмма функционирования

Можно объяснить принцип действия асинхронного двигателя с помощью логической диаграммы (Рис.3.7).

     Рис.3.7

Последовательность действий, согласно логической диаграмме, такова:

1) под действием трёхфазного  напряжения в каждой фазе обмотки протекает ток ;

2) этот ток создает магнитный поток вращающийся с частотой ns;

3) согласно закону электромагнитной индукции (ЭМИ) магнитный поток наводит две э.д.с. статора и ротора ;

4) э.д.с. и напряжение определяют ток ;

5) под действием э.д.с. возникает ток , который в свою очередь создает свой магнитный поток;

6) окончательно алгебраическая сумма намагничивающих сил создает рабочий магнитный поток Фp асинхронного двигателя;

7) ток , взаимодействуя с магнитным потоком Фp производят электромагнитные силы (ЭМС) и вращающий момент МД.

3.1.4 Скольжение

Ротор асинхронного двигателя вращается с частотой n меньшей чем синхронная частота вращения ns, поэтому для оценки разности частот используется относительная величина, называемая скольжение:

    

Это очень важная характеристика асинхронной машины.

Если преобразовать это выражение относительно n

    n = ns  (1 - s ) ,

то станет ясно, что эта формула прямой линии (Рис.3.8):

    

     Рис.3.8

На этой линии имеется две характерные точки:

1) n = ns, s = 0 - функционирование без нагрузки

   (физически данная точка не существует);

2) n = 0 , s = 1 - пуск двигателя.

Эти точки делят линию на три интервала:

1) s < 0 -  функционирование в качестве генератора;

2) 0 < s < 1 -  функционирование в качестве двигателя;

3) s > 1 - функционирование в качестве электромагнитного тормоза.

3.1.5 Элементы конструкции асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель конструктивно состоит из статора - неподвижная часть и ротор - вращающаяся часть.

 Статор. Сердечник статора представляет из себя цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали с пазами на внутренней стороне. В эти пазы уложены трехфазные обмотки, соединенные с сетью (Рис.3.9).

   

     Рис.3.9

Существует два типа ротора:

 Беличья клетка (короткозамкнутый ротор). На рисунках 3.10 и 3.11 представлены сердечник ротора и короткозамкнутая обмотка.

  

    Рис.3.10            Рис.3.11

На практике обмотка ротора отливается из алюминия в отверстия в пластинах сердечника, одновременно с этим отливаются элементы охлаждения двигателя (крылья).

 Фазный ротор. Если вместо отверстий в пластинах сердечника сделать пазы, то в них может быть уложена трехфазная обмотка ротора, которая с помощью щеток и колец соединяется с внешней цепью. Как правило, это соединение "звезда" вместе с трехфазным реостатом.

3.1.6 Электродвижущие силы ротора и статора

Если вращающееся магнитное поле создает синусоидальный магнитный поток Фmp, то (аналогично трансформатору) имеем выражения для э.д.с. статора

    E1 = 4,44 f1 N1 K1 Фmp,

и ротора

    E2s = 4,44 f2 N2 K2 Фmp

где: K1 ,K2 - обмоточные коэффициенты;

 N1 ,N2 - число витков обмоток;

f1 - частота сети;

 f2 - частота роторных токов, зависящая от скольжения и частоты сети

 f2 = sf1.

В момент пуска двигателя, когда n = 0 и  s = 1 э.д.с. ротора будет

    E2 =  4,44 f2 N2 K2 Фmp

или

    E2s = s E2.

 То есть э.д.с. ротора зависит от скольжения.

Исходя из ранее сказанного можно записать выражения для реактивных сопротивлений статора и ротора:

  X1 = 2 f1 L1  e X2s = 2 f2 L2.

 Зная, что   f2 = s f1

имеем     X2s = s 2 f1 L2 

и тогда для пуска двигателя получим

    X2 = 2 f1 L2.

Итак. реактивное сопротивление ротора также зависит от скольжения

    X2s = s X2.

3.1.7 Основные уравнения асинхронного двигателя

Аналогично трансформатору можно представить эквивалентные схемы ротора и статора (Рис.3.12 и 3.13):

  

  Рис.3.12     Рис.3.13

Согласно II закону Кирхгофа запишем уравнения соответствующие данным схемам:

    

    

где: U1 - напряжение сети;

X1, R1 - реактивное и активное сопротивления статора;

X2s, R2 - реактивное и активное сопротивления ротора;

E1 ,E2s - э.д.с. статора и ротора.

Для пуска двигателя (s = 1) имеем:

    

    

Когда ротор вращается (0 < s < 1), первое уравнение остается неизменным, а второе трансформируется в:

    

откуда    .

Подставляя в уравнение следующее выражение

    ,

получим    ,

где: - эквивалентная нагрузка двигателя.

3.1.8 Вращающий момент

Активная электрическая мощность трехфазного асинхронного двигателя известна

    ,.

где два первых члена уравнения соответствуют электрическим потерям в статоре и роторе, а третий определяет электрическую мощность, которая преобразуется в механическую.

Согласно классической формуле механики имеем

    Pмех = M  = Ms (1 - s),

где: M - механический момент [Н м];

  - угловая скорость [рад/сек].

Приравнивая электрическую и механическую мощности, получим

    = M s (1 - s),

откуда формула момента будет

    .

Считая, что аналогично трансформатору, выделим из основных уравнений асинхронного двигателя ток ротора I2 , исключая при этом э.д.с. E2 :

    

Пренебрегая падениями напряжения I1R1 и I1X1 по сравнению с U1, получим:

    .

И тогда окончательно в действующих значениях будем иметь:

    

В результате выражение для вращающего момента будет иметь вид:

    

3.1.9 Механическая характеристика

Зависимость М = f(s) имеет кубический характер (Рис.3.14).

  

     Рис.3.14

Эта кривая имеет четыре характерных точки:

1)s = 0, M = 0 холостой ход;

2) s = sкр, M = Mмакс;

 3) s = sкр, M = Mн;

4) s = 1, M = Mп.

 В интервале 0 < s < 1 электрическая машина работает в режиме двигателя и вращающий момент достигает максимума при s = sкр = R2 /X2.

Для скольжения больше чем критическое sкр работа двигателя носит неустойчивый характер, поэтому на участке  sкр  s  1 происходит пуск двигателя.

Зная sкр и Ммакс можно записать эмпирическую формулу Клосса для вращающего момента:

    .

На практике номинальный момент двигателя достигает половины максимального момента, при этом скольжение составляет около 5%.

Характеристика момент-частота вращения М = f(n) называется двигателя. Зная, что n = ns ( 1 - s ), представим эту кривую на рисунке 3.15.

 

    Рис.3.15

3.1.10 Потери мощности и КПД двигателя

Уравнение баланса мощностей для АД представлено следующим выражением:

    P1 = P2 + Pмг + Pэл + Pмех,

где: P1 - потребляемая, электрическая мощность;

P2 - полезная, механическая мощность;

Pмех - механические потери на трение в подшипниках, независящие от нагрузки;

Pмг = Pмгс + P мгр- магнитные потери в статоре и роторе, независящие от нагрузки;

Pэл = Pэлс + Pэлр - электрические потери в статоре и роторе.

Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется с помощью энергии электромагнитного поля (мощность электромагнитного поля Рэлм). Можно представить баланс мощностей в виде диаграммы (Рис.3.16) и тогда КПД двигателя будет

   .

Электрические потери зависят от нагрузки, а значит и КПД тоже является функцией нагрузки. Для большинства асинхронных двигателей КПД достаточно высок и находится в интервале от 80% до 90%.

     Рис.3.16

3.1.11 Рабочие характеристики

 Рабочие характеристики двигателя, представленные на рисунке 3.17, помогают анализировать процесс работы. Здесь представлено шесть основных характеристик АД в функции полезной мощности на валу двигателя P2 /P2N:

  = f ( P2/P ); cos = f ( P2/P ); n = f ( P2/P );

 C = f ( P2/P2Н ); I = f ( P2/P2Н ), s = f ( P2/P2Н ).

             

     Рис.3.17

3.2 СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

3.2.1 Основные понятия

O motor sнncrono й semelhante ao motor assнncrono, diferindo deste em rotor. O estator й alimentado com corrente alternada, e o rotor com corrente contнnua de excitaзгo ( Fig.3.18 ).

                               

    Fig.3.18

O motor sнncrono funciona com uma velocidade constante, chamada de velocidade sнncrona, dada por

    

sendo: f - a frequкncia;

 2p - o nъmero de pуlos.

O estator de um motor sнncrono trifбsico й semelhante ao de um motor de induзгo trifбsico, sendo a sua funзгo estabelecer um campo magnйtico girante com velocidade ns.

O motor sнncrono nгo tem partida prуpria, e deve ser arrastado atй a velocidade sнncrona por um meio auxiliar, geralmente um motor de induзгo.

3.2.2 Принцип действия 

O princнpio de funcionamento do motor sнncrono baseia-se sobre a atraзгo de dois pуlos diferentes dos campos magnйticos de estator ( N,S ) e de rotor ( No ,So ).

Entгo, campo magnйtico de estator gira com velocidade sнncrona ns ( Fig.3.19 ).

Suponhamos que o rotor tambйm gira com velocidade sнncrona ns, no sentido anti-horбrio, dбi, os pуlos de campo magnйtico de rotor girarгo com velocidade ns.

Sem carga, os eixos de campos magnйticos sгo coincidentes; as forзas de atraзгo F1 e F2 serгo radiais e nгo se criam nenhum conjugado motor.

Se existe um conjugado resistente Cr ( conjugado de carga, Fig.3.20 ) no eixo de motor, o eixo de campo magnйtico rotуrico vai deslocar-se no sentido horбrio em вngulo .

               

         Fig.3.19      Fig.3.20.

Neste caso, as forзas F1 e F2 tкm as componentes radiais e tangenciais. As componentes tangenciais Ft1 e Ft2 criam o conjugado-motor CM e o motor funciona em condiзгo estбvel,

    Cr = CM.

Podemos explicar o princнpio de funcionamento com auxнlio de diagrama lуgico na    figura 3.21.

     Fig.3.21

1) sob tensгo trifбsica , em cada fase do enrolamento de estator, passa a corrente que cria um fluxo magnйtico girante 1 com velocidade ns.

2) no enrolamento de rotor, sob tensгo de excitaзгo Vex, passa a corrente Iex que cria seu prуprio fluxo ex girando com velocidade ns.

3) estes fluxos induzem as forзas eletromotrizes e que somam-se respectivamente como:

    .

4) no mesmo tempo fluxos 1 e ex somam-se tambйm e formam o fluxo principal   p.

5) entrando em interaзгo a corrente e o fluxo principal p produzem o conjugado motor CM, oposto ao conjugado resistente Cr.

3.2.3 Основные уравнения двигателя

Equaзгo do estator podemos determinar usando o diagrama vetorial e esquema equivalente.

Conforme II Lei de Kirchoff ( Fig.3.22 ), temos:

    

 Sabendo que e menosprezando a resistкncia ativa de estator Rs, obtйm-se:

    .

   

Fig.3.22   Fig.3.23        Fig.3.24

Neste caso, o esquema equivalente serб representado pela figura 3.23. A reatвncia Xs chama-se "resistкncia sнncrona".

O diagrama vetorial ( Fig.3.24 ) mostra que o вngulo  й deslocamento entre o eixo de campo magnйtico do rotor e eixo de campo magnйtico de estator. O вngulo  serб a defasagem entre a tensгo da rede e corrente estatуrica .

Equaзгo do conjugado motor vamos determinar, conforme a fуrmula bбsica clбssica da potкncia mecвnica:

    PM = CM s.

Menosprezando as perdas de potкncia, podemos escrever,

    PM = Pel.

A potкncia elйtrica para o motor sнncrono trifбsico serб:

    Pel = 3 V1 I1 cos.

Considerando os triвngulos Oca e abc ( Fig.3.24 ),

temos     ac = Eo sen = I1 Xs cos

e pode-se determinar

    .

Como resultado, obtйm-se

    ,

de onde

    .

Se o termo for constante, a formula do conjugado motor serб:

    CM = Cmax sen .

3.2.4 Характеристики двигателя

A caracterнstica CM = f() chama-se Caracterнstica de вngulo ( Fig.3.25 ). Esta caracterнstica tem dois intervalos principais:

 I  - intervalo de funcionamento estбvel,

 II - intervalo de funcionamento instбvel.

                                

     Fig.3.25

Quando o вngulo  й menor que 90° o motor esta funcionando em condiзгo estбvel    ( p.A ), ou seja, o motor tem a propriedade de autoregulaзгo. Se o conjugado resistente aumenta Cr +C, o вngulo 1 aumenta tambйm 1 + . Conforme demostra a fуrmula do conjugado motor, CM aumenta tambйm, e o novo ponto de equilнbrio serб o ponto B, e vice versa.

Quando o вngulo  й maior que 90° o motor esta funcionando em condiзгo instбvel    ( p.D ), ou seja, no motor hб "perda de sincronismo". Por isso, o вngulo = 90° chama-se вngulo crнtico.

Na prбtica, o valor deste вngulo й de 30° atй 40°.

Caracterнstica Mecвnica C = f ( n ) do motor sнncrono й uma reta paralela ao eixo dos X ( Fig.3.26). Neste caso, a velocidade da rotaзгo й constante, й independente da carga do motor.

Uma famнlia das caracterнsticas tipo "V" й mais importante para utilizaзгo industrial de motores sнncronos ( Fig.3.27 ).

     Fig.3.26     Fig.3.27

Esta figura mostra que existe uma corrente minima para cada curva, que corresponde ao fator de potкncia cos = 1, e dois intervalos: sobreexcitaзгo e sobexcitaзгo. No intervalo de sobexcitaзгo o motor sнncrono funciona comportando-se como uma reatвncia indutiva e, no intervalo de sobreexcitaзгo, como uma reatвncia capacitiva.

Esta propriedade й uma das vantagens que este motor apresenta. Ela permite usar o motor sнncrono como compensador ( capacitor sнncrono ) do fator de potкncia nas instalaзхes industriais.




1. Сделки между супругами
2. практиків і перебір експертів з усіх питань тонких критиків досвідчених порадників умілих змішувачів з
3. картами назревает война и она должна использовать силы чтобы убиватьили будет убита
4. Введение24
5. Татнефтегазпереработка Студент Руководитель практики от кафедры должность
6. Статья рассчитана на новичков только осваивающих нарды
7. Профильные системы
8. Контрольная работа- Организация управления государственной собственностью в Российской Федерации
9. єдність освіти і науки як умови модернізації освітньої системи; достатній обсяг фінансування науки та підт
10. ДМА МЗО Украины Учебная история болезни для студентов IV курсу Ф