Презентация по электротехнике на тему: Асинхронные машины.

Асинхронныемашины

Асинхроннаямашина – этомашина, в которойприработевозбуждается

вращающеесямагнитноеполе, норотор которойвращаетсяасинхронно, т.е. со скоростью, отличнойотскоростиполя.

ПредложенарусскимизобретателемМ.О. ДоливоДобровольскимв 1888г.

95%  приводовпроизводственных механизмовимеютвсвоемсоставе

асинхронныйдвигатель (подъемнотранспортныесистемы; устройства

электроприводастанков; медицинское оборудованиеибытовыеприборы₎

Достоинства:

•      простотаконструкции; надежность

•      низкаясебестоимость

•      высокийсрокслужбы

•      высокийпусковоймоментиперегрузочная способность

Асинхронныйдвигательможетработатьс длительнойперегрузкой, допускаетчастыепуски иреверсы. Основнойнедостаток - сложность регулированиячастотывращения.

Мощностьасинхронныхдвигателейсоставляетот десятковмегаваттдодолейватт.

Выпускаютсяввидесерий, охватывающих определенныйнабормощностей, частотвращенияи напряжений. Машиныоднойсерииимеютобщее

конструктивноерешение, технологиюизготовленияи однотипностьматериалов (4Аот 0,06 до 400 кВт).

Устройствоасинхронноймашины

Асинхроннаямашинасостоитизстатораи вращающегосяротора.

Сердечникстатора – полый цилиндр, собранныйизколец

(электротехническаясталь - 0,5 мм).

Кольцаизолированыдруготдруга слоямилака (уменьшение

магнитныхпотерь). Пакетколец запрессованвстанину, которая крепитсякоснованию.

Впазахстатораразмещаютсятрифазныеобмотки.

Каждаяфазнаяобмоткасостоитизнескольких последовательновключенныхкатушек

1    – станина;

2    – внутренняяповерхностьлистов;

3    – трехфазнаяобмотка

Началаиконцыфазвыведенына щиток, закреплённыйнастанине.

Нащитке, 660/380, Y/∆. Двигатель включатьвсетьс Uл = 660Впо схеме Y иливсетьс Uл=380В – по схеме∆.

Ротор – цилиндрическийсердечник, собранныйиз листовэлектротехническойстали, изолированных

друготдругалаком. Сердечникроторанасаженна вал, закрепленныйвподшипниках. Впазах расположенывиткиобмоткиротора.

                         сердечник         короткозамкнутый       фазныйротор

ротор

Вбольшинстведвигателейприменяется короткозамкнутыйротор (дешевле, обслуживание

проще, надежен, т.к. нетподвижныхконтактов)

закладываютсявпазы алюминиевыхстержней,

которыебезизоляции сердечникаротора; 4 – торцевые кольца вставляютсявпазыротора

Торцевыеконцыстержнейзамыкаютсянакоротко кольцамиизтогожематериала.

Частообмоткаизготавливаетсяпутемзаливки пазовроторарасплавленнымалюминием.

Асинхроннаямашинаскороткозамкнутымроторомвразрезе:

1 – станина, 2 – сердечникстатора, 3 – обмоткастатора, 4 – сердечникротораскороткозамкнутойобмоткой, 5 – вал.

Доливо-Добровольскийсоздалдвигательс короткозамкнутымроторомиисследовалегосвойства.

Онвыяснил, чтоутакихдвигателейестьочень серьёзныйнедостаток – ограниченныйпусковой

моментиз-засильнозакороченногоротора. Имже былапредложенаконструкциядвигателясфазным ротором.

Обмоткафазногороторавыполняется изолированнымпроводом (обычнотрехфазная стемжечисломкатушек, чтоиобмотка статора).

Трифазныеобмоткиротора соединяютсязвездой, а

свободныеконцысоединяютсяс тремяконтактнымикольцами

(чугунилимедь), укрепленными навалумашины.

Накольцаналоженыщетки, установленныев

щеткодержателях. Черезщетки

икольцаобмоткаприсоединена ктрехфазномуреостату.

Асинхронныйдвигательсфазнымроторомвразрезе:

1 – станина, 2 – пазыстатора,

3 – ротор, 4 – контактныекольца, 5 – щетки.

Условныеобозначения

скороткозамкнутым

сфазнымротором

ротором

Нащиткемашиныприводятсяданные: Р_Н, U_Н, I_Н, n_Н, а такжетипмашины.

Р_Н – этономинальнаяполезнаямощность (навалу)

U_Н и I_Н – номинальныезначениялинейного напряженияитокадляуказаннойсхемысоединения.

Например, типмашины 4AH315S8. Этоасинхронный двигатель (А) четвёртойсериизащищённого исполнения. ЕслибукваНотсутствует, тодвигатель закрытогоисполнения.

315 – высотаосивращениявмм;

S – установочныеразмеры (онизадаютсяв справочнике);

8 – числополюсовмашины.

Созданиевращающегосямагнитногополя

Еслитрикатушки, расположенныеподуглом 120⁰, включитьвтрехфазнуюсеть ~ тока, авцентре

поместитьмагнитнуюстрелкунаоси, тострелка придетвовращение. Следовательно, катушки создаютвращающеесямагнитноеполе. 

Выбираеммоментывременичерезоднушестуючастьпериода.

Токвначалеобмоткибудемсчитатьнаправленнымкнам, еслиегозначениеположительно. Длякаждогомомента

изобразимнаправлениемагнитногополястаторамашины, котораяимееттриобмоткипоодномувитку.

НачалаобмотокобозначимбуквамиА, В, С, а концы – X, Y, Z.

t = t₁              А                              i_A = 0,

i < 0,

i_C < 0

Х

Z

i_C < 0

Х

Помереизменениятоковрезультирующийвектор потокасовершаетравномерноеодностороннее вращениевокругосимашины. Такоеполепринято называтьвращающимся.  Еслиизменитьпорядок чередованиядвухтоковвкатушкахобмоткистатора, торезультирующеемагнитноеполебудетвращатьсяв другуюсторону.

Полеповорачиваетсявсторонуфазысотстающим током.

Основноеусловиесозданиятакогополя – пространственныйивременнойсдвиг.

Запериоднаправлениесуммарногомагнитногополя сделаетодиноборот. Обмоткастаторасоздаст магнитноеполесоднойпаройполюсов (р=1).

Пристандартнойчастотепеременноготока f=50 Гц частотавращениямагнитногополястатора двухполюсноймашины

n₁ = 50⋅60 = 3000об/мин

Изменивобмоткустатора, можнополучить вращающеесямагнитноеполеснесколькимипарами полюсов. Есликаждаяфазабудетсостоятьиздвух

катушек, томагнитноеполебудетиметь 2 пары

полюсов (р=2)

Вэтомслучаечастотавращенияполябудетв 2 раза меньше, чемдляр=1.

Числопарполюсовможносделатьлюбым, приэтом частотавращениямагнитногополябудетопределяться поформуле:

60f

n₁ =, об/мин p

Частотывращениямагнитногополя

p	1	2	3	4	5
n1	3000	1500	1000	750	600

Режимыработытрехфазнойасинхронной машины

Режимдвигателя: наобмоткустатораподается симметричнаясистематоковивмашинесоздается вращающеесямагнитноеполе (ВМП) счастотой вращения n₁.

Силовыелинииэтогополяпересекаютобмоткуротора, ивнейпозаконуэлектромагнитнойиндукции наводитсяЭДС итаккакобмоткароторазамкнута, то пообмоткепротекаетток i₂.

ВзаимодействиеВМПитоковроторасоздает вращающиймоментМ_ВР, увлекающийроторзаВМП.  Роторприходитвовращениеиегоустановившаяся частотавращения n₂ соответствуетравенствуМ_ВР тормозномуМ_Т, приложенномуквалуотприводимого вовращениямеханизмаивнутреннихсилтрения. При этом n₁>n₂

Cкольжение: s= n₁ −n₂ n₁

Врежимедвигателя 0<s<1

Двигательпреобразуетэлектрическую энергиювмеханическую Режимгенератора: еслинаработающемдвигателе роторразогнатьспомощьюдвигателядочастоты > n₁ втомженаправлении, томашинаперейдетврежим генератораиизбытокмеханическоймощности преобразуетсявэлектрическую.

Врежимегенератора s<0

АГпотребляетизсетиреактивнуюмощность, аотдает – активную. АГнеможетработатьнезависимо, а работаяпараллельнонасетьухудшаеткоэффициент мощностиустановки.

АвтономнаяработаАГ

ПривращениироторавобмоткестатораФ_ост индуцируетЕ_ост, котораясоздаетвконденсаторахток I_С, которыйпротекаяпо обмоткестатораусиливаетегоФ.

ЭДСувеличиваетсяЕ_Г=U_Г итокиконденсатороввозрастают

                                                 I                                                      Z

НачалосамовозбужденияАГтакжеможнообеспечитьпутем разряданаобмоткустаторазаряженнойконденсаторной батареи.

Чтобы I_C обеспечивалподмагничиваниеАГнеобходимо выполнениеусловия:

U_Г – U_C > 0

СамовозбуждениепродолжаетсяпокаВАХгенераторане пересечетсясВАХконденсатора (т. А) Сувеличениемнагрузки U падает (т. В). Дляегостабилизации необходимоувеличиватьемкость конденсаторов, чтобы скомпенсироватьреактивную энергию, потребляемуюнагрузкой.

Ёмкостьбатареидолжнапревышатьнекотороекритическое значениеС₀, зависящееотпараметровавтономногоАГ: только вэтомслучаепроисходитсамовозбуждениегенератораина обмоткахстатораустанавливаетсятрёхфазная симметричнаясистеманапряжений.

Мощность генератора, кВ·А	Холостойход			Полнаянагрузка
	C, мкФ	реактивная мощность, квар		cosφ = 1	cosφ = 0,8
			С, мкФ	реактивная мощность, квар	C, мкФ	реактивная мощность, квар
2,0 3,5 5,0 7,0 10,0 15,0	28 45 60 74 92 120	1,27 2,04 2,72 3,36 4,18 5,44	36 56 75 98 130 172	1,63 2,54 3,40 4,44 5,90 7,80	60 100 138 182 245 342	2,72 4,53 6,25 8,25 11,1 15,5

Режимэлектромагнитноготормоза: (s>1) ротор вращаетсяпротиввращенияполястатора. Это возможноприреверсе (полепоменялонаправление вращения, ароторвсеещевращаетсяв противоположномнаправлении), еслиМ_Т>М_ВР. Применяетсядлябыстройостановкидвигателя, для торможенияприводногомеханизма (крановыеи подъемныеустройстваприспускегрузов)

Особенностьюа. м. являетсяналичиескольжения. 

Толькоприэтомусловиивпроводникахротора индуктируетсяЭДСивозникаетмомент.

Уравненияэлектрическогосостояния

ЭДСобмоткистаторанаводитсявращающимся магнитнымпотоком. Поаналогиис трансформатором

E₁ = 4,44⋅ w₁ ⋅kоб₁ ⋅f ⋅Ф,

k_об1 (0.92-0.98) - обмоточныйкоэффициент, определяемыйспособомукладкиобмоток (петлевая иливолновая)

Уравнениеэлектрическогосостоянияфазы статора

U&₁ = −E&₁ + I&₁ ⋅ jX_σ1 + I&₁ ⋅ R₁

U& ₁ − напряжениесети;

^R₁ −активноесопротивлениепроводниковфазы;

^Xσ₁=ω^L₁− индуктивноесопротивление_{рассеяния;} ω= 2πf − угловаячастотатокастатора

Полноесопротивлениеобмоткистатора:

Z₁ = R₁ + jXσ1

ЭДС, индуктируемаявобмоткенеподвижного ротора

E₂н = 4,44⋅ w₂ ⋅kоб₂ ⋅f ⋅Ф,

                                                                                                                  60f             pn

_n1 =⇒_f = ₁ p 60

Вовремяработыдвигателяроторвращаетсявследза полем, чтовызываетизменениечастоты индуктируемойвнемЭДС

Таккакполепересекаетротор, потому, чтоонотстает отполя, точастотаЭДС, индуктируемойвроторе

                                                             p(n −n )   p(n1 −n2)n1 = f ⋅s

                        f                          

60n₁

ЭДСвращающегосяротора

E₂ = 4,44⋅ w₂ ⋅kоб₂ ⋅f ⋅s⋅Ф = E₂нs

Припуске s=1

E₂ = (0.02 ÷ 0/08)E₂н

ЭтаЭДСсоздаетвкаждойфазеротораток

I2 =            E2                =       E2Н ⋅s

                                                  R22 + (sXσ2)2 R22 + (sXσ2)2

^R₂ − активноесопротивлениефазы

^X_σ2 − индуктивноесопротивление

Ток I₂ увеличиваетсясростом s, вследствие возрастания E₂, ноодновременноувеличивается индуктивноесопротивлениеротора. Поэтому

ток I₂ возрастаетдалеконевтакоймере, вкакой увеличивается E₂.

Так, еслиприноминальнойнагрузке s=0.02, то припуске, когда s=1 ЭДСвозрастаетпо

сравнениюсрабочимиусловиямив 50 раз; но

токприпускебольшеноминальноготольков

6.5 раз. Этодаетвозможностьпускать двигательпутемпростоговключения рубильника.

ПодХХАД понимаетсяегоработабезнагрузки навалу. Из-замеханическихпотерь s=(1-2)%.

Еслипринятьпотери, равныминулю, тоn₁=n₂ иs=0

Токвобмоткеротораотсутствует. Такойрежим называетсярежимомидеальногохолостого хода.

Еслизатормозитьдвигательдополной остановки, n₂=0 иs=1, тотакойрежимназывают опытомк.з.