Что такое перегрузочная способность асинхронного двигателя

Асинхронные электродвигатели: 1 Назначение асинхронного электродвигателяСистема трехфазного переменного тока позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя называемого асинхронным Это название обусловлено тем что вращающаяся

Перегрузочная способность, кратности моментов и токов двигателя.

При анализе параметров двигателя обычно сравнивают значения параметров в пусковом и максимальном режимах с номинальным режимом. При этом используют не абсолютные значения моментов и токов, а относительные. т.е. отнесенные к номинальному режиму.

Относительный максимальный момент двигателя определяет его перегрузочную способность, т.е. способность двигателя кратковременно выдерживать нагрузки, большие номи­нальной.

В электрических машинах перегрузочная способность обозначает kм и определяется

image491.gif

В серийных асинхронных двигателях перегрузочная способность ( кратность максимального момента) лежит в пределах

image493.gif

Перегрузочная способность не имеет размерности и показывает во сколько раз по сравнению с номинальным моментом можно кратковременно повысить момент двигателя без ущерба для его работы.

Относительное значение пускового моментаkп (кратность пускового момента) опреде­ляет способность двигатели разгоняться до рабочей часто­ты вращения с полной нагрузкой на валу и определяется по формуле:

image495.gif

В серийных асинхронных двигателях кратность пускового момента лежит в пределах

image497.gif

Относительное значение пускового токаkТ (кратность пускового тока) опреде­ляет способность двигатели кратковременно выдерживать большие значения пускового тока и определяется по формуле:

image499.gif

В серийных асинхронных двигателях кратность пускового тока лежит в пределах

image501.gif

Из данной формулы можно сделать вывод, двигатель способен выдерживать ток в 7 раз больший, чем номинальный. Однако такое значение двигатель может выдержать кратковременно (несколько секунд). Если двигатель работает нормально, то этого времени достаточно, чтобы двигатель набрал обороты и значение тока уменьшились ( см. пусковые характеристики).

Если на валу двигателя большая механическая нагрузка, сам ротор очень тяжел, подшипники не прокручиваются или какие-либо другие неисправности, которые не позволяют быстро раскрутиться ротору двигателя, то большой пусковой ток будет протекать по обмоткам длительное время. Это приводит к перегреву обмоток, разрушению их изоляции и выходу двигателя из строя.

Для запуска тяжелых двигателей существуют специальные методы ограничения пускового тока (см. Занятие 40)

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 9045 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Асинхронный двигатель — что это такое, как устроен и где используется?

Сегодня есть множество типов электрических двигателей: коллекторные двигатели постоянного тока и универсальные, двигатели переменного тока синхронные и асинхронные, бесщеточные двигатели постоянного тока и синхронные двигатели с постоянными магнитами, шаговые двигатели и сервоприводы и т.д. Но самым распространенным на производстве был, есть и будет – асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. В этой статье мы поговорим о том, что это такое и в чем заключаются его особенности.

Определение и немного истории

Автором асинхронного двигателя считают Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, который в 1889 году получил патент на двигатель с ротором типа «Беличья клетка», а в 1890 году на двигатель с фазным ротором, которые без особых изменений в конструкции используются и сегодня. А первые исследования и наработки в этом направлении были проведены в 1888 Галилео Феррарисом и Николой Тесла независимо друг от друга.

Главным отличием разработки Доливо-Добровольского от разработок Теслы было использование трёхфазной, а не двухфазной конструкции статора. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. Там представили три трёхфазных асинхронных электродвигателя, самый мощный из которых был на 1.5 кВт. Конструкция этих машин оказалась настолько удачно, что не пережила весомых изменений до наших дней.

Определение асинхронной машины звучит следующим образом:

Асинхронной называется электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Принцип работы

В любом электродвигателе ротор приводится во вращение в результате взаимодействия магнитных полей ротора и статора и работы силы Ампера. Для создания магнитного поля используются либо постоянные магниты, либо электромагниты — обмотки статора и ротора. Одну из обмоток (ротора или статора) называют обмоткой возбуждения, вторую обмотку называют обмоткой якоря. Асинхронный двигатель отличается от других типов электромашин тем, что у него нет выраженной обмотки возбуждения, отсюда возникает вопрос «если нет обмотки возбуждения, то как создаётся магнитное поле?», если опустить некоторые особенности, то ответ на этот вопрос достаточно простой — асинхронный двигатель почти как трансформатор.

Напряжение от сети подключают к обмоткам статора. В них протекает электрический ток, в результате чего возникает магнитное поле статора. Так как сеть трёхфазная, фазы токов и напряжений каждой из фаз сдвинуты друг относительно друга на 120˚. Сила тока изменяется по синусоидальному закону и ток протекает то в одной, то в другой обмотке. Из-за этого магнитное поле получается вращающимся, что наглядно иллюстрирует ЭТО ВИДЕО

Магнитное поле статора индуцирует ЭДС в обмотках ротора (хоть короткозамкнутого, хоть фазного, о конструкции и видах мы поговорим дальше). Так как обмотки ротора закорочены или подключены к сопротивлениям — в них начинает протекать электрический ток, из-за которого возникает еще одно магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем статора, приводит во вращение ротор.

Скорость вращения поля статора называют «синхронной», а скорость вращения ротора «асинхронной», из-за такой особенности этот тип электромашин и получил своё название. Ротор всегда немного отстает от поля статора, разность этих скоростей называют «скольжением». Скорость вращения (оборотов в минуту) поля статора зависит от частоты тока в питающей сети и числа его полюсов, если проще — от количества катушек в обмотке, и вычисляется по формуле:

где f – частота напряжения питающей сети, р – число пар полюсов, 60 – секунд в минуте

Синхронная скорость двигателя с одной парой полюсов равна: 60*50/1=3000 оборотов в минуту. Но асинхронная скорость или скорость вращения ротора будет несколько ниже, как отмечалось ранее. Обычно она находится в районе 2700-2950 об/мин, а скольжение лежит в пределах 2-8% (зависит от типа электродвигателя, его мощности и нагрузки на валу). Скольжение измеряется в относительных величинах или в процентах, и рассчитывается по формуле:

где n1 — синхронная скорость вращения, n2 — скорость вращения ротора.

Изолирующие материалы

Они определяют как и технико-экономические характеристики машины, так и ее надежность работы. Так как нагревостойкость изоляционных материалов относительно невелика, то ее нагрев ограничивает мощность электропривода. Технико-экономические соображения требуют, чтоб при нормальной эксплуатации срок службы изоляции составлял не менее 15-20 лет. По теплостойкости изоляции ее разделяют на:

Класс изоляции таблица

В связи с тем, что условия работы электрических машин довольно разнообразны в отношении окружающей среды ГОСТ предлагает номинальные данные машины относить к тому случаю, когда температура окружающей среды равна 40 С0. Соответственно устанавливаются предельно допустимые значения перегрева над температурой окружающей среды для различных типов изоляции. Максимально допустимую температуру изоляции ϑизол можно представить как сумму температур окружающей среды и допустимого перегрева:

Максимально допустимая температура изоляции

Где: ϑ0 – температура окружающей среды;

τиз – максимальный перегрев изоляции;

Как показывает практика – даже незначительный перегрев электродвигателя приводит к резкому сокращению срока его службы:

Зависимость срока службы изоляции от температуры ее нагрева

Как мы можем увидеть из графика, что для класса А повышение рабочей температуры с 950 до 1050 снижает срок службы электромашины с 15 до 8 лет, что примерно в два раза.

При экспериментальном определении температуры обмоток используют несколько методов – метод термометра (пирометра), метод сопротивлений – при его использовании нагрев определяют по изменению омического сопротивления обмоток, а также метод температурных детекторов (термопары и прочие).

Результат, полученный в ходе измерений, будет довольно сильно зависеть от метода, который был выбран. Применение термометров (пирометров) довольно просто, при использовании дают довольно точный результат, но не позволяют измерять внутреннюю температуру обмоток. При использовании метода сопротивления – получим усредненный результат перегрева и не более. Температурные детекторы дают наиболее точный результат измерений, но только в местах их закладки.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1985, 530 с.
  2. Жданов П.С. Устойчивость электрических систем. – М.: Энергия, 1986, 480 с.
  3. Электрические системы: Математические хадачи электроэнергетики /Под. ред. В.А. Веникова/ – М.: Высшая школа, 1981, 278 с.
  4. Электрические системы: Управление переходными режимами электроэнергетических систем /Под. ред. В.А. Веникова/ – М.: Высшая школа, 1982, 244 с.
  5. Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях /Под. ред. В.А. Веникова/ – М.: Энергоатомиздат, 1983, 456 с.
  6. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. – М.: Энергия, 1963, 400 с.

Чтобы перейти к списку всех методических указаний,

нажмите левой кнопкой мыши

здесь Скачать файл (841.8 kb.)

Конструкция

Конструкция асинхронного двигателя, пожалуй, самая простая среди его аналогов. Он состоит из ротора и статора. Зачастую на статоре расположена трёхфазная обмотка, исключение составляют двигатели, предназначенные для работы в однофазной сети с двухфазной обмоткой или с рабочей и пусковой обмоткой. Статор состоит из металлического корпуса и сердечника с обмотками (собственно их называют обмоткой статора).

Так как двигатель питается переменным током, возникает проблема, связанная с потерями на блуждающие токи (т.н. токи Фуко), для этого сердечник статора набирают из тонких пластин. Стальные пластины для предотвращения контакта друг с другом изолируются окалиной, скрепляются лаком. Ток, протекающий в обмотках статора, называют током статора.

Корпус статора закрывается с двух сторон подшипниковыми щитами, в них, соответственно, устанавливаются подшипники скольжения или качения, в зависимости от мощности и размеров машины. Подшипники закрываются крышками, это нужно для их смазки, обычно используют пластичную смазку, как литол, солидол и подобные.

Реже, в больших и мощных электрических машинах могут использоваться опорные подшипники скольжения с циркуляционной системой смазки (жидкостная смазка). В них маслонасос закачивает масло, в рабочем режиме ротор таких машин скользит по тонкой масляной плёнке, подобно тому, как это происходит во вкладышах на ДВС.

По конструкции корпуса и типу крепления различают двигатели на лампах или с фланцевым креплением, также бывают с комбинированным типом крепления — с лапами и фланцем.

В зависимости от типа двигателя вал из него может выходить как с одной, так и с обеих сторон. К нему присоединяется исполнительный механизм, для этого конец выполняется конической или цилиндрической формы или с проточкой для установки шпонки и соединения с исполнительным механизмом.

В большинстве электродвигателей используется принудительное воздушное охлаждения. Для этого на корпусе продольно располагаются рёбра, а на другом конце вала устанавливается крыльчатка вентилятора охлаждения. Во время работы двигателя она вращается и прогоняет воздух вдоль рёбер, забирая тепло от статора.

6. Номинальные данные асинхронного двигателя

Полезная мощность, на которую рассчитан двигатель по условиям нагрева и длительной безаварийной работы, называется номинальной. Все величины, характеризующие работу двигателя при номинальной мощности, называются номинальными. Номинальные данные двигателя указываются в паспортной табличке, прикрепленной к корпусу двигателя.

В паспорте приводятся следующие данные: тип двигателя; число фаз — m; частота тока — f, Гц; полезная мощность на валу — P, кВт; линейное напряжение — U, В; схема соединения фаз; линейный ток — I, А; к.п.д. — h, %; частота вращения ротора — n, об/мин; коэффициент мощности — cosφ; режим работы; класс изоляции; завод-изготовитель; год выпуска; масса двигателя.

Электрические величины, перечисленные в паспортной табличке двигателя, связаны следующей формулой, кВт:

image022.png

Короткозамкнутый и фазный ротор

Различают два типа асинхронных двигателей — с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Короткозамкнутый ротор или ротор типа «Беличья клетка» представляет собой набор медных или алюминиевых стержней (2) соединенных (замкнутых) между собой кольцом (3). Стержни впаиваются или заливаются в сердечник (1). Беличьей клеткой его называют из-за внешней схожести, что вы и можете наблюдать в левой части следующей иллюстрации.

Фазный ротор отличается конструкцией, на нём расположена полноценная трёхфазная обмотка, зачастую её катушки соединены по схеме «звезды», то есть их концы соединяются в одной точке, а начала катушек соединяются с токопроводящими кольцами. С помощью щеточного узла образуется скользящий контакт с кольцами. Он, в свою очередь, состоит из щёток и щеткодержателей.

Фазный ротор используют для плавного пуска или регулировки момента на валу посредством изменения величины скольжения двигателя за счет изменения активного сопротивления обмотки ротора. Для этого к выводам щеток подсоединяется регулировочный реостат или набор мощных резисторов (для ступенчатой регулировки). Если сказать кратко, то в двигателе с фазным ротором на обмотку ротора не подают ток, как в синхронном двигателе, например, а, наоборот, к ним подключают сопротивления в качестве нагрузки.

Такие двигатели зачастую используются в грузоподъемных механизмах — кранах или лифтах. Двигатели с короткозамкнутым ротором используются везде: в вентиляции, в станках, и в грузоподъёмных механизмах, для привода насосов и задвижек и т.д.

Схема соединения обмоток статора

Так как в статоре односкоростного асинхронного двигателя расположено три обмотки, то для подключения к трёхфазной сети их необходимо как-то соединить. Как и в любой трёхфазной цепи различают две схемы соединения:

1. «Звезда». Концы обмоток соединяются вместе, напряжение подводится к их началам.

2. «Треугольник». Начало следующей обмотки соединяется с концом предыдущей.

Концы обмоток выводятся в клеммную коробку, которую еще называют «брно» или «борно» (мне не удалось найти правильного названия, а в словаре указаны оба варианта). В зависимости от типа и конструкции двигателя в «борно» может быть выведено 3 или 6 проводов. Если выведено 3 провода – то обмотки соединены «с завода» по определенной схеме, а если 6, то вы можете выбрать схему подключения исходя из напряжения питающей сети.

В зависимости от года производства и производителя электродвигателя могут применяться такие обозначения выводов обмоток, как приведены в таблице ниже.

Концы обмоток на клеммнике расположены таким образом, чтобы с помощью одного комплекта из трёх перемычек можно было соединить обмотки по нужной схеме. Для соединения по схеме звезды перемычки устанавливают в ряд на концы обмоток, а для треугольника – параллельно друг другу соединяя «верхние» и «нижние» клеммы. Для этого начала и концы обмоток смещены друг относительно друга, что вы увидите на следующей иллюстрации.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...