Есть конспект?
Пришлите нам!

8.2. Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель имеет наибольшее распространение в мире. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором почти не требует обслуживания.

Устройство асинхронного двигателя показано на рис.8.2.1.

Основные его части статор и ротор. Статор – это неподвижная часть мотора (1), в котором закреплены между собой все части электродвигателя и с помощью которого двигатель крепится на основании.

Подшипники качения (2) размещаются в подшипниковых щитах (3), которые обеспечивают соосность между статором и ротором. В корпусе (1) размещён магнитный сердечник (7), собранный из  статорных пластин толщиной 0,3 – 0,5мм. Эти пластины изолированы друг от друга. В желобах статора расположена трёхфазная обмотка (8), с помощью которой получаем вращающееся магнитное поле. Ротор (9), закреплённый на валу (10), вращается на подшипниках. На свободном конце вала находится вентилятор (4), который при вращении мотора подаёт воздух для охлаждения. Вентилятор закрыт крышкой для защиты от касания. Для электрического подсоединения мотора на корпусе находится клеммная коробка (6).

 

От обмотки статора, точнее говоря от количества пар полюсов, зависит скорость двигателя. Скорость вращения магнитного поля (её также называют синхронной скоростью) ωо зависит от частоты f и от количества пар полюсов p.

ωо = 2∙π∙f / p (рад/сек), где ωо фактическая частота вращения. Чаще скорость измеряется в об/мин и обозначается n.

no = (60 / 2∙π)∙ωо = 60f / p

У мотора с одной парой полюсов скорость вращения магнитного поля:

ωо = 2∙π∙f / p = 2∙π∙50 = 100∙π = 314 рад/сек или

no = 60f / p = 60∙50 = 3000 об/мин.

У мотора с двумя парами полюсов – 1500 об/мин, а с тремя парами – 1000 об/мин. Ток, вызываемый в короткозамкнутой обмотке ротора, получается индукционным путём. Поэтому ротор должен вращаться медленнее, чем магнитное поле. Если ротор вращается со скоростью магнитного поля, то ток в роторе не будет индуцироваться и не возникнет движущей силы. Для связи между вращающимся полем статора no и скоростью вращения ротора n используют такое понятие, как проскальзывание:

S = (no – n) / no = (ωо – ω) / ωо.

Проскальзывание можно рассматривать, как относительное отставание ротора от вращающегося синхронного магнитного поля статора. Ротор же вращается не синхронно, а асинхронно. Отсюда и название двигателя. Стандартное проскальзывание у асинхронного двигателя несколько процентов, большее проскальзывание у маленьких двигателей. Если нагрузка на валу увеличивается, то увеличивается и проскальзывание. По этой причине в роторе возрастает индуцируемая ЭДС, а значит и ток. Развиваемый мотором вращающий момент пропорционален току и магнитному потоку:

T = k∙Φ∙I, где

Т – вращающий момент в ньютонометрах (Нм);

Φ – магнитный поток в веберах (Вб);

I – ток в амперах (А).

Коэффициент k зависит от устройства двигателя. Как ток в роторе, так и магнитный поток в воздушных зазорах мотора трудно определить. Коэффициент k тоже обычно не известен. Поэтому вращающий момент выражают по такой формуле:

Т = P / ω = 9,55Р / n, где

Т – вращающий момент в ньютонометрах (Нм);

P – механическая мощность в ваттах (Вт);

ω – угловая частота в радианах в секунду (рад / сек);

n – скорость вращения (об / мин).

Мощность, потребляемая мотором:

P1 = √3∙UIcosφ

P1 – электрическая мощность (Вт);

U – линейное напряжение (В);

I – линейный ток (А);

cosφ – коэффициент мощности.

Мощность на валу:

P = √3∙UI∙η∙cosφ, где η = P/ P1 – коэффициент полезного действия мотора.

В дополнение к скорости вращения и току от нагрузки зависят также КПД и cosφ Это характеризуется типовой характеристикой.

Типовая характеристика асинхронного двигателя.

 

 

При подключении электродвигателя к сети (скорость в этот момент равна нулю) возникает большой пусковой ток, который превышает номинальный ток в 5 – 7 раз. Этот ток при возрастании скорости сначала уменьшается медленно. В то же время начальный пусковой момент TA в большинстве случаев немного больше номинального момента TN, а затем падает до значения TS, потом возрастает до максимального момента и, наконец, принимает значение, которое зависит от нагрузки на валу.

Изменение пускового момента и тока двигателя при подключении к сети.

 

TK – критический момент - максимальный момент, который может развивать мотор.

 

На следующем рисунке видно, что при подключении к сети в начальный момент коэффициент мощности cosφ маленький. Видно также, как момент двигателя Т, ток I и cosφ изменяются в зависимости от скорости.

 

Следует знать, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален напряжению в квадрате. Это значит, что если, например,  напряжение уменьшается до 70%, то мотор будет развивать только (0,7)² = 0,49 номинального момента. Тогда с большой вероятностью можно утверждать, что момент нагрузки окажется больше, чем действительная величина момента двигателя. Мотор может остановиться, что приведёт фактически к короткому замыканию. В асинхронном моторе для уменьшения пускового тока и управления временем пускового тока используют так называемый мягкий пуск (soft starter). Если надо регулировать скорость, то используют преобразователь частоты. Для изменения направления вращения перебрасывают две фазы. Все данные об электродвигателе находятся на шильдике.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru