 |
|
Асинхронний двигун. Принцип дії.
Асинхронні двигуни складаються з нерухомої частини статора і рухомої ротора. Статор і ротор виготовляються з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм. В спеціальних пазах виконаних вздовж внутрішньої поверхні статора і зовнішньої поверхні ротора укладають обмотки статора і ротора відповідно. Осердя статора закріпляють у статині встановлений на фундаменті. Феромагнітне осердя ротора монтують на підшипники кочення, які вмонтовані у щитки. Щитки прикріплюють до статини.
Асинхронні двигуни бувають з фазним ротором і короткозамкненим.
У електродвигуні з коротко замкнутим ротором пази осердя ротора заливають розтопленим алюмінієм, а початки і кінці утворені в пазах стрижнів відповідно сполучають кільцями так, щоб вони утворювали побудову клітки для білки.
Двигуни з фазним ротором мають трифазну обмотку ротора кінці якої сполучені між собою, а початки виведені на контактні кільця закріплені на валу ротора. Кільця ізольовані від вала та між собою обертаються разом з валом і з’єднані з зовнішнім колом через контактні щітки, у зовнішнє коло ротора вмикають реостати. При вмиканні в мережу такого двигуна виникає обертове магнітне поле.
55. Асинхронний двигун. Визначення ковзання, ЕРС, електромагнітного моменту, електромагнітної та механічної потужності двигуна.
Асинхронний двигун складається з двох основних частин: нерухомої - статора та рухомої - ротора. Статор і ротор виготовляють з листів електротехнічної сталі завтовшки 0,5 мм. У спеціальних пазах (гарах), виконаних вздовж твірних внутрішньої поверхні статора та зовнішньої поверхні ротора, укладають відповідно обмотки статора і ротора. Осердя статора закріплюють у станині, встановленій на фундаменті. Феромагнітне осердя ротора монтують на осі (валу). Кінці вала опираються на підшипники (вальниці) кочення, які вмонтовані у щити, а щити прикріплюють до станини. Асинхронні двигуни можуть бути з фазним ротором та короткозамкненим ротором. У електродвигуні з короткозамкненим ротором пази (гари) осердя ротора заливають розтопленим алюмінієм, а початки та кінці уторених у пазах стрижнів відповідно сполучають кільцями так, що попи утворюють подобу клітки для білки. Двигуни з фазним ро- іором мають трифазну обмотку ротора, кінці якої сполучені між собою, а початки виведені на контактні кільця, закріплені на валу ротора. Кільця ізольовані від вала та між собою, обертаються разом з палом та з'єднані з зовнішнім колом через контактні щітки. У ювнішне коло ротора вмикають реостати (додаткові резистори). Обмотка статора складається з трьох фазних обмоток, геометричні осі яких зсунуті між собою на 120°. Після увімкнення фаз обмоток до відповідних фаз трифазної мережі живлення, у просторі машини утворюється обертове магнітне поле зі сталим за значенням магнітним потоком.
У довідниках вказується потужність двигуна, яку можна одержати на валу ротора двигуна, або корисна потужність. Активна потужність двигуна при номінальному навантаженні, споживана з мережі, буде більша за величиною і визначається як
.
Реактивна потужність двигуна
.
Повна потужність двигуна
.
Повний струм, споживаний двигуном з мережі
.
Активна складового струму
.
Реактивна складового струму:
.
Пусковий струм двигуна в 5-7 разів перевищує значення номінального струму
.
Індуктивний опір двигуна в пусковому режимі
.
Індуктивний опір струмообмежуючого реактора
,
де 
- реактивний опір вторинної обмотки трансформатора,
- номінальний струм вторинної обмотки трансформатора.
При розрахунку опору струмообмежуючого реактора використано номінальний струм вторинної обмотки трансформатора , але трансформатор при нормальній роботі має інший струм залежно від коефіцієнта навантаження.
Машини постійного струму виконують з незалежним збудженням або самозбудженням. Незалежне збудження в більшості випадків електромагнітне, тобто на полюсах є обмотка збудження, по якій проходить постійний струм від стороннього джерела. У машинах із самозбудженням струм для обмотки збудження надходить з якоря. Можливі три варіанти з’єднання обмотки збудження з обмоткою якоря: рівнобіжне, послідовне, змішане. Тому розрізняють машини постійного струму рівнобіжного, послідовного і змішаного збудження. В останньому випадку в машині є дві обмотки збудження. Можливе також комбіноване збудження - незалежне з рівнобіжним, незалежне з послідовним і т.і.
Розглянемо як відбувається перетворення електричної енергії в механічну роботу.
На провідник, розташований у магнітному полі, при протіканні струму діє сила, напрямок якої визначається за правилом лівої руки, а величина сили за законом Ампера:
,
де 
- індукція;
- довжина провідника;
- сила струму.
Під дією сили провідник рухається і виконує роботу
.
Якщо провідник виконати у формі рамки, з’явиться обертаючий момент
,
який поверне рамку в положення, коли площа рамки буде перпендикулярна до силових ліній магнітного поля, 
. При обертанні буде виконана робота
,
де 
- кутова швидкість рамки;
- час.
Якщо в магнітне поле помістити декілька рамок, з’єднаних послідовно, то кожна буде прагнути повернутися перпендикулярно до силових ліній магнітного поля. Повертаючись, рамки перетинають силові лінії і за законом Фарадея ЕРС 
, 
- лінійна швидкість рамки. Відбувається перетворення електричної енергії зовнішнього джерела за законом Ампера в механічну, яка одночасно, за законом Фарадея, перетворюється в електричну. Цей процес можна подати у вигляді
,
де 
- сила; 
– момент обертання; і – лінійна і кутова швидкості; і 
– довжина і радіус рамки.
Сукупність рамок, з’єднаних послідовно, називають обмоткою якоря. ЕРС якоря спрямована за правилом Ленца в протилежному напрямку, тобто зустрічно. Рівняння електричної рівноваги обмотки якоря за законом Кіргофа з урахуванням електричного опору якоря 
має вигляд
.
Помножимо на струм якоря й одержимо рівняння балансу потужності двигуна
.
Ліва частина – потужність, підведена від зовнішнього джерела, права - це складові енергії, що підводитьсяі перетворюється в тепло та механічну роботу обертання.
При живленні від тиристорного перетворювача напруга і струм
де 
– постійна складова; 
- амплітуда 
гармоніки; 
- порядковий номер гармоніки; 
– кількість імпульсів за період напруги мережі; – кутова частота; 
і 
- кути зсуву.
Для гармонійних складових струму обмотка якоря представляє індуктивний опір:
,
де 
- індуктивність якоря.
Діюче значення струму і напруги
Рівняння електричної рівноваги
.
Помножимо на струм з урахуванням, що гармонійні складові не беруть участь в утворенні обертаючого моменту, а постійна складова не створює спадання напруги на індуктивності обмотки якоря. Одержимо баланс
.
Ліва частина - це повна потужність 
, споживана двигуном від перетворювача. Перші два члени правої частини складають відповідно теплову і механічну потужності, а сума – це активна потужність двигуна 
. Третя частина - це реактивна потужність 
, що визначається як 
56. Втрати в асинхронному двигуні, коефіцієнт корисної дії та коефіцієнт потужності асинхронних двигунів.
Для знаходження коефіцієнта потужності двигуна вважаємо, що активна потужність в основному визначається постійною складовою струму
,
тому що
.
Тоді коефіцієнт потужності
.
Коефіцієнт потужності можна визначити методом двох амперметрів, який полягає у вимірі окремо постійної складової струму магнітоелектричним амперметром і вимір діючого значення струму з урахуванням гармонійних складових електромагнітним амперметром з подальшим розподілом.
З рівняння балансу виходить, що нагрів двигуна при живленні від тиристорного перетворювача збільшується на величину
.
На цю ж величину зменшується і ККД.
,
- номінальний ККД при живленні від акумулятора.
Зменшення ККД пояснюється тим, що обертаючий момент створюється тільки постійною складовою струму, а нагрів – постійною і гармонійною складовими. Тому механічна потужність двигуна повинна бути зменшена на величину коефіцієнта використання 
.
Відношення 
визначає коефіцієнт потужності двигуна, зменшення ККД і коефіцієнт використання двигуна 
за механічною потужністю.