9 Трёхфазный двигатель

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его (Асинхронный двигатель).

Режимы работы

Асинхронный двигатель, согласно принципу обратимости электрических машин, может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Для работы асинхронного двигателя в любом режиме требуется источник реактивной мощности.

В двигательном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости (она же и будет номинальной с учетом момента нагрузки на валу двигателя).

В генераторном режиме при наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, асинхронная машина способна генерировать активную мощность.

Способы соединения обмоток

Звезда — начала всех обмоток соединяются вместе и соединяются с «нулем» подводимого напряжения. Концы обмоток подключаются к «фазам» трёхфазной сети. На схеме изображения обмоток напоминают звезду (катушки по радиусу направлены из центра).
Треугольник — начало одной обмотки соединяется с концом следующей — по кругу. Места соединения обмоток подключаются к «фазам» трёхфазного напряжения. «Нулевого» выхода такая схема не имеет. На схеме обмотки соединены в треугольник.

10.Вращающееся магнитное поле

Вращающимся магнитным полем называется такое поле, ось которого вращается в пространстве с заданной скоростью, причем, значение индукции на этой оси максимально.

Круговое вращающееся магнитное поле
двух- и трехфазной обмоток

Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.

Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:

Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 90⁰, для трехфазной – на 120⁰).
Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.

11. Асинхронные двигатели (Конструкция и Принцип действия)

Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

Конструкция

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали.

Принцип действия

На обмотку статора подается переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

11. Асинхронные двигатели(параметры и харрактеристики)

Параметры:

Номинальные мощности электродвигателей

Номинальной мощностью двигателя называют механическую мощность на валу в режиме работы, для которого он предназначен предприятием-изготовителем

Синхронная частота вращения

Ряд синхронных частот вращения асинхронных электродвигателей установлен ГОСТ 10683-73 и при частоте сети 50 Гц имеет следующие значения: 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Установочные размеры

Крепление электрических машин на объекте производится посредством лап, фланцев или лап и фланцев одновременно.

Характеристики

7. Энергетические характеристики.

Основными энергетическими характеристиками двигателей являются показатели энергоэффективности искольжение.

Показателями энергоэффективности являются:

- коэффициент полезного действия (КПД) представляющий отношение полезной мощности на валу двигателя, выраженной в киловаттах, к активной мощности, потребляемой двигателем из сети, выраженной в киловаттах;

- коэффициент мощности (cos ) представляющий отношение потребляемой активной мощности, выраженной в киловаттах, к полной мощности, потребляемой из сети, выраженной в киловольтамперах.

В соответствии с ГОСТ Р. 51677-2000 в зависимости от требований к уровню энергоэффективности, асинхронные двигатели общепромышленного назначения подразделяются на двигатели с нормальным КПД и двигатели сповышенным КПД (энергосберегающие двигатели). При этом двигатели с повышенным КПД имеют суммарные потери не менее чем на 20% ниже, чем двигатели с нормальным КПД той же мощности и частоты вращения.

Коэффициент мощности (cos ) асинхронных двигателей также регламентирует ГОСТ.Р 51677. Конкретные значения КПД и cos  каждого двигателя указываются в каталогах.

Скольжение характеризует разницу между номинальной и синхронной частотой вращения двигателя.

В каталогах приводятся значения номинальной частоты вращения ротора (n₁) или скольжения (S, %).

8. Механические характеристики и пусковые свойства двигателя

Механическая характеристика представляет зависимость вращающего момента двигателя от его частоты вращения при неизменных напряжении и частоте питающей сети.

Пусковые свойства характеризуются значениями пускового момента М_п, минимального момента М_min, максимального (критического) момента М_кр, пускового тока I_п или пусковой мощности S_п или их кратностями. Зависимость момента, отнесенного к номинальному моменту, от скольжения называется относительной механической характеристикой.

Пусковые свойства асинхронных электродвигателей:

Мп/Мн – кратность пускового момента к номинальному;

Мкр/Мн – кратность максимального момента к номинальному;

Мmin/Мн – кратность минимального момента к номинальному;

Iп/Iн – кратность пускового тока к номинальному

Si – кратность пусковой мощности к номинальной,

регламентируются ГОСТ 28327. Конкретные значения пусковых свойств двигателей приводятся в каталогах.

Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях используют фазную обмотку ротора.

9. Виброшумовые характеристики

Предельные значения уровней шума электрических машин определены ГОСТ 16372.

Интенсивность собственной вибрации асинхронных двигателей в соответствии с ГОСТ 20815 характеризуется среднеквадратичным значением вибрационной скорости. Конкретные значения уровней звука, звуковой мощности и вибрационной скорости в зависимости от габарита и частоты вращения (числа полюсов) двигателя приводятся в каталогах.

13 .Механические и электромеханические характеристика асинхронного двигателей

Механическая характеристика

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n=f(M). Эту характеристику (рис. 2.15) можно получить, используя зависимость M=f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Так как S=(n₀−n)/n₀, отсюда n=n₀(1−S). Напомним, что n₀=(60f)/p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n=n₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты M_н и n_н. Точка 3 соответствует критическому моменту M_кр и критической частоте вращения n_кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя M_пуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

n₀=(60f)/p,

где: p – число пар полюсов машины;

f – частота сети.

Точка 2 с координатами n_н и M_н. Номинальная частота вращения n_н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: P_н – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами M_крn_кр. Критический момент рассчитывается по формуле M_кр=M_нλ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя n_кр=n₀(1−S_кр), , S_н=(n₀−n_н)/n₀ – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и M=M_пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

M_пуск=M_нλ_пуск,

где: λ_пуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

14 ПУСК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При пуске двигателя должны выполнятся следующие требования:

Малая величина пускового тока;
Достаточный по величине пусковой момент;
Плавное нарастание скорости;
Простота и экономичность пусковой операции.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска.

Для двигателей с короткозамнутым ротором используют прямой пуск и пуск при пониженном напряжении.

Прямой пуск. При этом обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт). Напряжение в питающей сети должно быть отрегулировано стабилизатором напряжения.
Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора U1, поэтому уменьшение напряжения U1 сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу.

15,16 СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (короткозамкнутых , с фазным ротором )

Рассмотрим возможные способы регулирования скорости асинхронных двигателей (см. рис.1). Скорость двигателя определяется двумя параметрами: скоростью вращения электромагнитного поля статора ω0 и скольжением s: