Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Расчет параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

На основе Т-образной схемы замещения и схемы динамической обобщенной электрической машины производится математическое описание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и разработка его динамической модели.

Рис.9.1- Схема замещения АД

Параметры схемы замещения:

(9.1)

где X — главное индуктивное сопротивление;

R’1, X’1 — активное и индуктивное сопротивления обмотки статора, о. е.; R’2, X’2 — активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора, приведенные к обмотке статора, о. е.;

X1, X»2, R1, R»2 — сопротивление статора и ротора, Ом;

U1фн, I1фн — номинальные значения фазного напряжения, В и тока, А.

При математическом описании АД, как объекта управления, принимаются следующие допущения:

  • — намагничивающие силы обмоток двигателя распределяются строго синусоидально вдоль окружности воздушного зазора;
  • — потери в “стали” статора и ротора отсутствуют;
  • — обмотки статора и ротора строго симметричны со сдвигом оси на 120?;
  • — насыщение магнитной цепи отсутствует.

где — номинальный ток статора.

Взаимная индуктивность статора и ротора:

Гн

Индуктивность статора:

Гн

Индуктивность ротора:

Гн

Коэффициент передачи:

Схема замещения асинхронного двигателя

При практических расчетах вместо реального асинхронного двигателя, на схеме его заменяют эквивалентной схемой замещения, в которой электромагнитная связь заменена на электрическую. При этом параметры цепи ротора приводятся к параметрам цепи статора.

По сути, схема замещения асинхронного двигателя аналогична схеме замещения трансформатора. Различие в том, что у асинхронного двигателя электрическая энергия преобразуется в механическую энергию (а не в электрическую, как это происходит в трансформаторе), поэтому на схеме замещения добавляют переменное активное сопротивление r2′(1-s)/s, которое зависит от скольжения. В трансформаторе, аналогом этого сопротивления является сопротивление нагрузки Zн.

Величина скольжения определяет переменное сопротивление, например, при отсутствии нагрузки на валу, скольжение практически равно нулю s≈0, а значит переменное сопротивление равно бесконечности, что соответствует режиму холостого хода. И наоборот, при перегрузке двигателя, s=1, а значит сопротивление равно нулю, что соответствует режиму короткого замыкания.

Как и у трансформатора, у асинхронного двигателя есть Т-образная схема замещения.

Более удобной при практических расчетах является Г-образная схема замещения.

В Г-образной схеме, намагничивающая ветвь вынесена к входным зажимам. Таким образом, вместо трех ветвей получают две ветви, первая – намагничивающая, а вторая – рабочая. Но данное действие требует внесение дополнительного коэффициента c1, который представляет собой отношение напряжения подводимого к двигателю, к ЭДС статора.

Величина c1 приблизительно равна 1, поэтому для максимального упрощения, на практике принимают значение c1≈1. При этом следует учитывать, что значение коэффициента c1 уменьшается с увеличением мощности двигателя, поэтому более точное приближение будет соответствовать более мощному двигателю.

Параметры схемы замещения рассматриваются подробнее в статье векторная диаграмма асинхронного двигателя

46.Пуск двигателя с фазным ротором.

Одной из разновидностей асинхронного двигателя является двигатель с фазным ротором. На практике данный двигатель довольно часто применяется, благодаря улучшенным пусковым свойствам и характеристикам.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Как и у АД с короткозамкнутым ротором, сердечник его статора набирается из листов электротехнической стали, а затем спрессовывается. В пазы сердечника укладываются фазные обмотки, концы которых затем выводятся в коробку, расположенную на корпусе двигателя.

Отличие заключается в роторе двигателя. Он также, как и статор набирается из листов стали, спрессовывается и в него набирается фазная обмотка. Причем число фаз ротора равно числу фаз статора, в то время как у короткозамкнутого, каждый стержень “беличьей клетки” образует отдельную фазу. Отсюда название – фазный ротор.

Концы фаз фазного ротора соединяются с контактными кольцами, которые расположены на валу ротора. В свою очередь, контактные кольца соприкасаются с графитовыми щетками, которые имеют выводы в коробку на корпусе, для возможности подключения дополнительного сопротивления. Это сопротивление в цепи ротора оказывает влияние на токи, протекающие в нем, а как следствие на его характеристики. При увеличении сопротивления цепи ротора, механическая характеристика становится более мягкой.

Влияние сопротивления сказывается и на пуске двигателя, а именно добавочное сопротивление позволяет осуществить более мягкий пуск, снизить пусковые токи и моменты и как следствие, снизить удары в механической части привода в момент пуска.

Как правило, используют переменное сопротивление, которое уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Так как зачастую оно представляет из себя ступенчатый реостат, то и пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато.

Для увеличения КПД двигателя и сохранения целостности щеток в конструкции двигателя предусматривается специальное щеткоснимательное устройство, которое убирает щетки после пуска. КПД повышается за счет того, что на щетках падает часть напряжения.

Таким образом, преимуществом асинхронного двигателя с фазным ротором является возможность пуска под нагрузкой, но недостатком является более сложная конструкция, а также его дороговизна по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутый кроме того, является более простым и надежным, не требует дополнительных устройств.

47. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя с фазным ротором.

Частота вращения ротора равна

При этом, синхронная частота вращения зависит от частоты напряжения и числа пар полюсов

Исходя из этого, можно сделать вывод, что регулировать скорость АД можно с помощью изменения скольжения, частоты и числа пар полюсов.

Рассмотрим основные способы регулировки.

Регулирование скорости с помощью изменения активного сопротивления в цепи ротора

Этот способ регулирования скорости применим в двигателях с фазным ротором. При этом в цепь обмотки ротора включается реостат, которым можно плавно увеличивать сопротивление. С увеличением сопротивления, скольжение двигателя растёт, а скорость падает. Таким образом, обеспечивается регулировка скорости вниз от естественной характеристики.

Недостатком данного способа является его неэкономичность, так как при увеличении скольжения, потерив цепи ротора растут, следовательно, КПД двигателя падает. Плюс к этому,механическая характеристикадвигателя становится более пологой и мягкой, из-за чего небольшое изменение момента нагрузки на валу, вызывает большое изменение частоты вращения.

Регулирование скорости данным способом не эффективно, но, несмотря на это применяется в двигателях с фазным ротором.

Регулирование скорости двигателя с помощью изменения напряжения питания

Данный способ регулирования можно осуществить, если включить в цепь автотрансформатор, перед статором, после питающих проводов. При этом, если снижать напряжение на выходе автотрансформатора, то двигатель будет работать на пониженном напряжении. Это приведёт к снижению частоты вращения двигателя, при постоянном моменте нагрузки, а также к снижению перегрузочной способности двигателя. Это связано с тем, что при уменьшении напряжения питания, максимальный момент двигателя уменьшается в квадрат раз. Кроме того, этот момент уменьшается быстрее, чем ток в цепи ротора, а значит, растут и потери, с последующим нагревом двигателя.

Способ регулирования изменением напряжения, возможен только вниз от естественной характеристики, так как увеличивать напряжение выше номинального нельзя, потому что это может привести к большим потерям в двигателе, перегреву и выходу его из строя.

Кроме автотрансформатора, можно использовать тиристорный регулятор напряжения.

Регулирование скорости с помощью изменения частоты питания

При данном способе регулирования, к двигателю подключается преобразователь частоты (ПЧ). Чаще всего это тиристорный преобразователь частоты. Регулирование скорости осуществляется изменением частоты напряжения f, так как она в данном случае влияет на синхронную скорость вращения двигателя.

При снижении частоты напряжения, перегрузочная способность двигателя будет падать, чтобы этого не допустить, требуется повысить величину напряжения U1. Значение на которое нужно повысить, зависит от того какой привод. Если регулирование производится с постоянным моментом нагрузки на валу, то напряжение нужно изменять пропорционально изменению частоты (при снижении скорости). При увеличении скорости этого делать не следует, напряжение должно оставаться на номинальном значении, иначе это может причинить вред двигателю.

Если регулирование скорости производится с постоянной мощностью двигателя (например, в металлорежущих станках), то изменение напряжения U1необходимо производить пропорционально квадратному корню изменения частоты f1.

При регулировании установок с вентиляторной характеристикой, необходимо изменять подводимое напряжение U1 пропорционально квадрату изменения частоты f1.

Регулирование с помощью изменения частоты, является наиболее приемлемым вариантом для асинхронных двигателей, так как при нем обеспечивается регулирование скорости в широком диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей двигателя.

Регулирование скорости АД изменением числа пар полюсов

Такой способ регулирования возможен только в многоскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как число полюсов этого ротора, всегда равно количеству полюсов статора.

В соответствии с формулой, которая рассматривалась выше, скорость двигателя можно регулировать изменением числа пар полюсов. Причём, изменение скорости происходит ступенчато, так как количество полюсов принимают только определённые значения – 1,2,3,4,5.

Изменение количества полюсов достигается переключением катушечных групп статорной обмотки. При этом катушки соединяются различными схемами соединения, например “звезда — звезда” или “звезда – двойная звезда”. Первая схема соединения даёт изменение количества полюсов в соотношении 2:1. При этом обеспечивается постоянная мощность двигателя при переключении. Вторая схема изменяет количество полюсов в таком же соотношении, но при этом обеспечивает постоянный момент двигателя.

Применение данного способа регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении. Минусом же является более сложная и увеличенная конструкция двигателя, а также увеличение его стоимости.

Схема пуска асинхронного двигателя

Всем привет. Тема сегодняшней статьи это схема пуска асинхронного двигателя. Как по мне, то эта схема самая простоя, какая только может быть в электротехнике. В этой статье я вам приготовил две схемы. На первом рисунке будет схема с предохранителем для защиты цепей управления, а на втором будет без предохранителя. Отличие этих схем в том, что предохранитель служит как дополнительный элемент для защиты цепи от короткого замыкания и так же как защита от самопроизвольного включения. К примеру, если вам нужно выполнить какие-то работы на электроприводе, то вы разбираете электрическую схему путём выключения автомата и дополнительно ещё нужно вынуть предохранитель и после этого уже можно приступать к работе.

И так рассмотрим первую схему. Для увеличения картинки нажмите на неё.

Рисунок 1. Пуск асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

QF – любой автоматический выключатель.

KM – электромагнитный пускатель или контактор. Также этими буквами на картинке я обозначил катушку пускателя и блок-контакт пускателя.

SB1 – это кнопка стоп

SB2 – кнопка пуск

KK – любое тепловое реле, а также контакт теплового реле.

FU – предохранитель.

КК – тепловое реле, контакты теплового реле.

М – асинхронный двигатель.

Теперь опишем сам процесс запуска двигателя.

Всю эту схему можно условно разделить на силовую – это то что находится слева, и на схему управления – это то что находиться справа. Для начала на всю электрическую цепь нужно подать напряжение путём включения автомата QF. И напряжение подаются на неподвижные контакты пускателя и на цепь управления. Далее нажимаем кнопку пуска SB2, при этом действии напряжение подается на катушку пускателя и он втягивается и подаётся также напряжение на обмотки статора и электродвигатель начинает вращаться. Одновременно с силовыми контактами на пускателе замыкаются и блок-контакты КМ через которые подаётся напряжение на катушку пускателя и кнопку SB2 можно отпустить. На этом процесс запуска уже окончен, как Вы сами видите всё очень легко и просто.

Рисунок 2. Пуск асинхронного электродвигателя. В цепи управления нет предохранителя. Для увеличения картинки нажмите на неё.

Для того чтобы прекратить работу электродвигателя, достаточно всего лишь нажать на кнопку SB1. Этим действием мы разрываем цепь управления и прекращается подача напряжения на катушку пускателя, и силовые контакты размыкаются и как следствие пропадает напряжение на обмотках статора, и он останавливается. Останавливать так же легко, как и запускать.

Вот в принципе и вся схема пуска асинхронного двигателя. Если статья вам чем то помогла, то поделитесь нею в соц. сетях, а так же подпишитесь на обновления блога.

С уважением Семак Александр!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *