Как происходит динамическое торможение асинхронной машины

Конденсаторное торможение

Конденсаторное торможение особенно эффективно для прбд-варительного снижения скорости перед реверсом или остановкой двигателя и в случаях, когда не требуется полной его остановки. В случаях, когда требуется точная остановка двигателя, наиболее целесообразно применять, например, сочетание схемы конденсаторного торможения со схемой торможения постоянным током.

Конденсаторное торможение при малых скоростях еще менее эффективно, чем динамическое, так как ЭДС в роторе снижается не только за счет уменьшения скорости, но и за счет затухания поля статора. Однако такой метод торможения не требует источника постоянного напряжения, а в нормальном режиме работы конденсаторы способствуют повышению coscp сети. В начальный момент разрядки конденсаторов получается интенсивное торможение, поэтому такой способ широко используют на практике.

Осциллограмма конденсаторного торможения двигателя АО42 — 6.| Кривые эффективности конденсаторного торможения двигателей единой серии.

Конденсаторное торможение прекращается при некоторой критической скорости вращения двигателя, соответствующей собственной частоте возникающих в статоре свободных токов.

Конденсаторное торможение осуществляется очень просто, не требует дополнительных коммутационных аппаратов и обладает высокой надежностью. Конденсаторы могут быть установлены в любом удобном месте и не нуждаются в систематическом надзоре.

Механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя при динамическом торможении.

Достоинством конденсаторного торможения является отсутствие потребности во внешнем источнике электрической энергии, а недостатком — необходимость иметь конденсаторную батарею значительной емкости, которая может обеспечить тормозной эффект при пониженной скорости ротора.

Режим конденсаторного торможения при закрытых тиристорах проходит так же, как и при контактном управлении. В противоположность этому режиму режим динамического торможения, даже если он начинается после полного окончания конденсаторного, отличается тем, что с началом непроводящего полупериода ток продолжает проходить через тиристор из-за разряда подключенных к обмоткам АД конденсаторов. Малое сопротивление цепи определяет колебательный характер разряда с частотой и амплитудой тока, зависящими от емкости конденсаторов и скорости АД. Увеличение переменной составляющей тока приводит к образованию двигательной составляющей момента, что определяет знакопеременный характер развиваемого АД момента на последнем участке торможения. Знакопеременный момент уменьшает эффективность торможения и обусловливает такой же знакопеременный характер изменения ускорения в процессе торможения малоинерционных приводов.

Механические ха -. рактерисгики трехфазного асинхронного электродвига теля при динамическом торможении.

Достоинством конденсаторного торможения является отсутствие потребности во внешнем источнике электрической энергии, а недостатком — необходимость иметь конденсаторную батарею значительной емкости, которая может обеспечить тормозной эффект при пониженной скорости ротора.

При конденсаторном торможении асинхронная машина работает с отрицательным скольжением по отношению к чатоте f возбужденного в статоре свободного тока.

При конденсаторном торможении к статору асинхронного двигателя постоянно ( глухое подключение) или с помощью дополнительного контактора подключаются конденсаторы, будучи при этом соединенными в схему треугольника или звезды. Интенсивность торможения определяется емкостью используемых конденсаторов.

Следовательно, конденсаторное торможение по существу может быть осуществлено только до определенной скорости.

Комбинированное торможение хронного двигателя.

Если после конденсаторного торможения статор двигателя замкнуть накоротко, то в обмотках статора появляются токи, созданные затухающим полем, и происходит кратковременный процесс динамического торможения. Такое двухступенчатое торможение ( предложено Л. П. Петровым, Одесский политехнический институт) применяют для двигателей небольшой мощности.

Принцип торможения противотоком

Мотор отключается от электросети, и пока ротор продолжает вращаться, вновь подключается противофазой. Такая система создаёт эффективный момент блокировки, обычно превышающий пусковой момент.

Между тем, этот эффективный момент торможения должен быть быстро нивелирован, чтобы двигатель после остановки не вращался в противоположном направлении.

Несколько устройств контроля и автоматики привлекаются для обеспечения замедления вращения вала электродвигателя до его полной остановки:

  • датчики остановки фрикциона,
  • датчики центробежного останова,
  • хронометрические приборы,
  • реле частоты,
  • реле напряжения ротора (для двигателей с фазным ротором) и т. д.

Торможение двигателя с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать систему противотока для асинхронного мотора с КЗ ротором, важно обеспечить устойчивость двигателя к противоточному способу с учётом требуемой нагрузки. Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора

Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора.

Тепловое напряжение на противотоке в три раза больше, чем при наборе скорости вращения. Здесь пики тока и крутящего момента заметно выше, если сравнивать с моментом пуска.

Принцип методики противоточного воздействия на схему электродвигателя с целью быстрого замедления хода с последующей остановкой. Слева — нормальный рабочий цикл. Справа — цикл замедления и останова

Поэтому для обеспечения плавного останова двигателя системой противотока, как правило, последовательно с каждой фазой статора устанавливают резистор.

Благодаря такому добавлению, при переключении уменьшается крутящий момент и ток, до значений, равных тем, что отмечаются на статоре в режиме пуска.

Однако противоточная система торможения имеет ряд серьёзных недостатков. Поэтому этот способ для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используется в редких случаях и преимущественно на маломощных моторах.

Противоточное торможение на двигателях с фазным ротором

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор будет переключен на противоточный ход, крайне важно использовать резисторы ротора, используемые для запуска. При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения

При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно

При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения. При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно.

Момент переключения тока даёт напряжение ротора практически в два раза большее, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер при изоляции.

Принцип противоточной электрической блокировки на моторах с фазным ротором. Слева — нормальный режим работы. Справа — замедление с остановом

Как и в случае с силовыми двигателями, цепь ротора выделяет значительное количество энергии. Вся выделенная энергия полностью рассеивается на резисторах (за исключением небольших потерь).

Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств контроля. Например, с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью схемы противотока удаётся поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью.

Однако характеристика крайне неустойчива (значительные колебания скорости по отношению к малым изменениям крутящего момента).

5.11. МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В последнем выражении для M1 единственным переменным параметром является скольжение S. Зависимость
М=f(S) получило название механической характеристики двигателя (рис. 5.11.1).

В момент пуска двигателя, когда n2=0, скольжение S=1, тогда:


.

Под действием момента Mn ротор придет во вращение. В дальнейшем скольжение будет уменьшаться,
а вращающий момент увеличиваться. При скольжении Sкр он достигает максимального
значения Mmax.. Величина критического скольжения


.

Тогда, подставив его значение в формулу для М, получим:


.

Дальнейший разгон двигателя
будет сопровождаться уменьшением скольжения и, вместе с тем уменьшением вращающего
момента. Равновесие наступит, когда величине вращающего момента будет противостоять
тормозной момент, вызванный нагрузкой.

При номинальной нагрузке будут номинальный вращающий момент Мн и номинальное скольжение Sн.

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью двигателя.


.

Обычно она составляет величину от 1,7 до 2,5.

Отношение пускового момента к номинальному называется кратностью пускового момента


.

Эта величина может быть меньше единицы (например, 0,8) и больше ее (до 1,2). При меньшей кратности двигатель
следует включать в работу без нагрузки, и лишь после разгона подается нагрузка.
Двигатель с кратностью Кп.м.>1 можно включать в сеть с полной нагрузкой.

5.15. ДВУХФАЗНЫЙ КОНДЕНСАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Двухфазный конденсаторный
двигатель имеет на статоре две обмотки ОВ и ОУ, рассчитанные на длительное протекание
тока. Обмотки располагаются в пространстве под углом 90 эл. градусов), а последовательно
одной из них включают конденсатор С.

Двухфазный конденсаторный
двигатель переменного тока обладает вращающимся магнитным полем (правда, не
круговым, а эллиптическим). Поэтому он не нуждается в специальных пусковых устройствах
(рис. 5.15 1.).

Двухфазный асинхронный
двигатель, в отличие от трехфазного, имеет возможность плавного регулирования
частоты вращения ротора.

Делается это одним из двух
способов: амплитудным (изменением напряжения Uy) и фазным (изменением емкости
конденсатора С).

Двухфазные двигатели получили
широкое распространение в бытовых приборах и лабораторной практике.

В отличие от рассмотренных
выше типов двигателей, интересен двигатель с полым ротором. Он имеет два статора,
между которыми располагается ротор (рис. 5.15.2.).

Наружный статор 1 имеет
обычно конструкцию с двухфазной обмоткой 4. Фазные обмотки сдвинуты в пространстве
относительно друг друга на 90°. Внутренний статор 3 представляет
собой пакет электротехнической стали без обмотки. В воздушном зазоре между
статорами помещен ротор двигателя 2, который не имеет обмотки и выполнен в виде
стакана с тонкими стенками из немагнитного материала (алюминия). Посредством
втулки 6 ротор укреплен на валу двигателя 5. Такая конструкция обеспечивает
ему незначительную инерцию и делает двигатель чувствительным даже к небольшим
импульсам (сигналам) тока. Этому также способствует наличие второго статора,
который уменьшает сопротивление магнитной цепи. Одна из фаз обмоток статора
включается на напряжение сети Uс, другая является управляющей обмоткой.
Когда напряжение на ней отсутствует, ротор неподвижен. С появлением управляющего
сигнала Uу достаточной величины статор создает двухфазное вращающееся
поле, и двигатель развивает вращающий момент, величина которого пропорциональна
Uc.

Работа этого двигателя
основана на взаимодействии магнитного поля статора с вихревыми токами, наведенными
на поверхность полого ротора.

Машины с полым ротором
весьма чувствительны к изменениям напряжения сигнала и его продолжительности,
что дает возможность применять их в качестве исполнительных двигателей.

Текст

,Ч. Кл. Н 02 р 3/2 Гасударственный комитет Совета Министрав СССР оа долам изааретений и открытийПриоритет Опубликовано 03.Х.1973. Бюллетень ЛЪДата опубликования описания 12.11.1974 УДК 621,316.719(088,8) Авторизобретения В. И, ашкал аявите Н НОГО ТОРМОЖТРОДВИ ГАТЕЛ о тормо- беспечиигателей рной баятую емтем, чтоическую 10 аторной е двига схе леи отся его 2его копредеПредмет изоб ен ия 5 заатывает, юченного ечивают игади тся,СПОСОБ КОНДЕНСАТО АСИ НХРО Н Н ЪХ ЭЛИзобретение относится к области тормония асинхронных двигателей.Известные системы конденсаторногжения асинхронных двигателей не овают условий самовозбуждения двпри использовании общеи конденсатотареи и включение двигателей на занкость.Описываемый способ отличаетсякратковременно прерывают электрсвязь тормозных двигателей с конденсбатареей и затем вновь подключает встеди к этой батарее.На фиг. 1 изображена принципиальнаяма устройства для трех двигателей для оществлени я описываемого способа;фиг. 2 — схема управления торможенасинхронных электродвигателей.После отключения одного из двигатесети, например двигателя 1, включаеттормозной контактор 2 и присоединяетконденсаторной батарее 3 на время,ляемое выдержкой реле 4. При этом в цкатушки реле совместного торможенмыкается контакт 6, но реле не срабтак как из-за последовательно вклрезистора 7 ампервитки реле не обесппритягивания якоря реле.Если в процессе торможения первого двтеля к конденсаторной батарее 3 присоеняется второй двигатель 8, то оказывае что в цепи катушки реле 5 два резистора 7 и 9 включены параллельно. Это приводит к увеличению тока катушки и срабатыванию реле 5. Последнее размыкает контакт в цепи катушки контактора 10. Вслед за этим включается реле 11, шунтируя контакт контактора 10 в своей цепи, а затем — реле 12, Оно шунтирует разомкнувшийся вначале контакт контактора 13 в цепи катушки 14. Благодаря этому контактор 10 включается вновь.Кратковременное отключение контактора 10 приводит к уравниванию напряжений статора обоих электродвигателей соединительными проводниками, в связи с чем прн повторном включении контактора 10 условия самовозбуждения обоих двигателей существенно улучшаются и торможение их протекает нормально. Способ конденсаторного торможения асинхронных электродвигателей, отличаюи 1 ийся тем, что, с целью улучшения условий самовозбуждения двигателей при использовании общей конденсаторной батареи и включении двигателей на занятую емкость, кратковременно прерывают электрическую связь тормозимых двигателец с конденсаторной батареей и затем вновь подключают все двигатели к упомянутой батарее.390986 Составитель Ч, Иаздю ПодписпоСР якяз 28,1 И погряфин, пр, Сапунова, 2 Изд. ГА 81 Государственного коми по лелям изобрете Москва, Ж.35, РаунТираж 755 тета Совета Министро пй и открытий скан паб д. 4/5

Смотреть

5.18.5 Сельсины

Представим себе два асинхронных двигателя с фазным
ротором включенным последующей схеме (рис. 5.18.5.1). Обмотки статора С1,
С2, С3, называемые обмотками возбуждения, включены в общую
сеть трехфазного тока.

Обмотки ротора P1, P2, P3
объединены трехпроводниковой линией связи. Магнитные потоки обмоток возбуждения
при q1=q2 наводят в соответствующих
обмотках роторов равные и совпадающие по фазе ЭДС.

Если ротор двигателя Д1 повернуть на угол q1,
а ротор Д2 оставить на месте (q2=0), то в фазных обмотках
ротора двигателя Д2 будет наведена ЭДС E2>E1. В результате
в линии связи потечет ток DI от большего потенциала к меньшему.


,

где 2z — сумма сопротивлений обмоток роторов и линии связи.

Этот ток, пройдя по обмоткам роторов, взаимодействуя
с магнитными полями статоров, вызовет образование дополнительных вращающих моментов
DM. Поскольку направление момента DМ в каждом двигателе
будет свое, то в одном из них произойдет поворот ротора вправо (у двигателя
Д2), а у другого — влево (у двигателя Д1).

Следовательно, оба двигателя самостоятельно (синхронно)
придут в положение (q1=q2).
Такая система получила название синхронно-следящей.

Практическое использование эта система получила
в многоприводных механизмах (конвейерах, козловых кранах и т.п.).

В автоматике применяются так называемые сельсины.
Это маломощные асинхронные машины с однофазным статором и трехфазным ротором.

Сельсины применяются для целей измерения или определения
угла, на который повернулся определенный механизм.

В сельсинной передаче всегда используются две машины:
сельсин-датчик и сельсин-приемник.

Обмотки возбуждения бывают обычно однофазные и
располагаются на явновыраженных полюсах. Число полюсов всегда два. Обмотки синхронизации
— трехфазные, размещаются в пазах ротора и оканчиваются тремя контактными кольцами
(рис. 5.18.5.2).

В отличие от силовых синхронно-следящих систем,
поворот ротора сельсина-датчика осуществляется принудительно, а ротор сельсина-приемника
приходит в движение автоматически. Поворот ротора фиксируется индикаторной стрелкой.

При наличии однофазных обмоток возбуждения на статоре
поворот ротора сельсина-датчика может осуществляться в любую сторону, т.к. пульсирующее
магнитное поле статора обеспечивает для этого необходимые условия.

Помимо приведенного индикаторного режима, сельсины
могут работать и в так называемом трансформаторном режиме.

В этом случае сельсин-приемник, не только показывает
угол рассогласования q, но и вырабатывает электрический сигнал
для управления мощным механизмом

Торможение двигателей электронным и сверхсинхронным способом

Эффект электронного торможения достигается относительно просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором.

Асинхронный двигатель действует как генератор. Механическая энергия рассеивается на ограничительном резисторе без увеличения потерь в самом двигателе.

Эффект торможения проявляется, когда двигатель достигает верхней точки синхронной скорости с переходом на более высокие значения.

Здесь фактически инициируется режим асинхронного генератора и развивается тормозной момент. Возникающие при этом потери энергии восстанавливаются электросетью.

Подобный режим работы проявляется на двигателях подъёмников при спуске груза с номинальной скоростью. Тормозной момент полностью уравновешивается крутящим моментом от нагрузки.

За счёт этого равновесия удаётся тормозить не ослаблением скорости, а выводом двигателя в режим работы на постоянной скорости.

Для варианта эксплуатации моторов с фазным ротором, все или часть резисторов ротора должны быть накоротко замкнутыми, чтобы двигатель не развивал движение значительно выше номинальной скорости.

Сверхсинхронная система функционально видится идеальной для ограничения движения под нагрузкой, потому что:

  1. Скорость остаётся стабильной и практически не зависит от вращающего момента,
  2. Энергия восстанавливается и возобновляется в сети.

Тем не менее, сверхсинхронное торможение электродвигателей поддерживает только одну скорость вращения, как правило, номинальное вращение.

На частотно-регулируемых двигателях используются сверхсинхронные схемы, благодаря которым изменяется скорость вращения вала от верхнего значения к нижнему значению.

Сверхсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает эту систему при понижении частоты.

Другие тормозные системы

Редко, но всё-таки встречаются системы однофазного торможения. Эта методика включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключает незанятый терминал к одному из двух других сетевых подключений.

Вариант остановки простым реверсивным переключением — реверс поля вращения, образованного обмотками статора

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя. Этой системой невозможно остановить мотор на полной нагрузке.

Поэтому такая схема традиционно дополняется противоточным методом. Вариант однофазной блокировки характеризуется значительным дисбалансом и высокими потерями.

Также применяется торможение электродвигателей ослаблением вихревых токов. Здесь работает принцип, аналогичный тому, что используется на промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы).

Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Замедление и остановка электродвигателя контролируется простым возбуждением обмотки. Выраженный недостаток этого метода — значительное увеличение инерции.

Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах

Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.

При этом такой режим возможен в следующих случаях:

  1. Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).
  2. Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.
  3. В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Динамическое торможение АД (торможение постоянным током) осуществляется путем подключения к двум любым обмоткам статора источника постоянного тока. При этом с помощью группы контактов К1 асинхронный двигатель сначала отключают от питания трехфазным переменным током, и только после этого, замыкают группу контактов К2 и подают постоянный ток. Величину постоянного тока регулируют сопротивлением rт (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема динамического торможения асинхронного двигателя

Само динамическое торможение асинхронного двигателя сопровождается следующими процессами и изменениями:

При отключении переменного тока, вращающееся магнитное поле перестает существовать. Далее подключают источник постоянного тока, который создает постоянное магнитное поле. Ротор по инерции продолжает крутиться теперь уже в постоянном магнитном поле, в обмотке ротора наводится ЭДС, ее частота прямо пропорциональна скорости вращения вала. Появление тока в обмотке ротора вызвано наличием вышеупомянутой ЭДС. Ток создает магнитный поток, который неподвижнен относительно статора. Взаимодействие результирующего магнитного поля АД и тока ротора создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель становится генератором; преобразовует кинетическую энергию вращающегося вала в электрическую, которая на обмотке ротора рассеивается в виде тепловой энергии. При переходе в режим динамического торможения частота и угловая скорость равны: f=0 w=0. Кривая динамического торможения должна проходить через начало координат и торможение происходит до полной остановки (рисунок 2).

Эффективность динамического торможения зависит от параметров:

— Величина постоянного тока, который протекает по статорной обмотке двигателя (чем больше ток, тем больше тормозной эффект);

— Величина сопротивления, введенного в цепь ротора. Эффективность торможения повышается путем комбинирования динамического торможения и торможения с введением сопротивлений в обмотку ротора (рисунок 2):

Рисунок 2 – Механическая характеристика динамического торможения асинхронного двигателя

Чем больше сопротивление введено в цепь ротора, тем выше эффективность торможения, то есть на кривой а1 изображена самая быстрая остановка двигателя при наибольшем сопротивлении — R1>R2>R3.

— Схема соединения обмоток статора.

Величина магнитодвижущей силы (F) напрямую связана с понятием эффективность торможения, чем больше значение силы – тем эффективней происходит торможение,

F=I·W.

На рисунках, которые изображены ниже, стрелками показаны направления протекания постоянного тока по обмоткам, IW– ампер витки (так как количество витков в обмотках одинаково, то зависит значение только от величины тока). Векторные диаграммы иллюстрируют направления магнитодвижущих сил (F), сложив по правилам суммирования векторы, мы получим результирующий вектор, который обозначен жирной стрелкой.

Обмотка статора может быть соединена:

а) Схема соединения обмотки статора в звезду:

б) Схема соединения статорной обмотки в треугольник:

в) Соединение обмотки статора в звезду с закороченными двумя фазами:

г) Подключение звезда с разорванным нулем:

д) Подключение треугольник с закороченными фазами:

Схемы соединения а) и б) имеют наибольшее распространение, потому что не требуют переключения при торможении самих обмоток.

Необходимо подметить, что напряжение (U) источника постоянного тока должно быть малой величиной, потому что сопротивление обмотки статора мало. Ток выбирается из условия необходимого начального тормозного момента, обычно выбирают ~2Mном.

Преимущества режима динамического торможения:

— Относительная простота осуществления способа;

— Возможность торможения до полной остановки вала ротора;

— Высокая эффективность торможения, особенно при использовании комбинированного метода.

Основным недостатком является необходимость наличия источника постоянного тока.

Расчет величины тормозного сопротивления:

RT = 2·rф.ст + rт,

rт=RT — 2rф.ст,

где RT — полное сопротивление цепи источника постоянного тока,

rф.ст — сопротивление фазы статора.

Вышеприведенные формулы являются частным случаем (для понимания отношений величин сопротивления), когда постоянный ток протекает только по двум обмоткам статора, если же ток будет протекать по трем обмоткам, то коэффициент (количество фаз) перед сопротивлением фазы статора нужно соответственно изменить.

Советую вам прочесть статью про торможение противовключением, в которой подробно расписан данный вид остановки двигателя.

Недостаточно прав для комментирования

5.1. общие сведения и конструкция асинхронного двигателя

Понятие асинхронной машины
связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты
вращения магнитного поля статора.

Буква «а» здесь
играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся
магнитным полем статора.

Создателем этой простой
по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер
М.О. Доливо-Добровольский. Асинхронный двигатель, впервые разработанный в 1889
году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней.

В основу конструкции асинхронного
двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее
этому же автору.

Переменный ток, подаваемый
в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное
поле.

Основными конструктивными
элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор
(рис. 5.1.1). Статор и ротор разделены воздушным зазором от 0,1 мм до 1,5 мм.
Пакет статора c целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных
листов электротехнической стали. На внутренней полости статора имеются пазы,
в которые укладываются провода обмотки. Листы статора перед сборкой в пакет
изолируют слоем лака или окалины, полученной при их отжиге.

В пазы статора укладывают
обмотку, которая в простейшем случае состоит из трех катушек — фаз, сдвинутых
в пространстве на 120 эл. градусов. Ротор асинхронного двигателя представляет
собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. На
поверхности ротора имеются продольные пазы для обмотки. Листы сердечника ротора
специально не изолируют, т.к. в большинстве случаев достаточно изоляции от окалины.

В зависимости от типа обмотки
роторы двигателей обычного исполнения делятся на короткозамкнутые и фазные.

Обмотка короткозамкнутого
ротора представляет собой медные стержни, забитые в пазы. С двух сторон эти
стержни замыкаются кольцами. Соединения стержней с кольцами осуществляется пайкой
или сваркой (рис. 5.1.2).

Чаще всего короткозамкнутую
обмотку выполняют расплавленным, алюминием и литьем под давлением. При этом
вместе со стержнями и кольцами отливаются и лопатки вентилятора.

Двигатели большой мощности
имеют на роторе фазную обмотку. Конструкция ее аналогична обмотке статора. Концы
этой обмотки выведены на контактные кольца. С помощью этих колец и токосъемных
щеток к обмотке ротора подключают дополнительные сопротивления.

5.14. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Статор однофазного двигателя
имеет однофазную обмотку, которая занимает 2/3 общего числа пазов статора. Ротор
— коротко-замкнутый.

При подключении к сети
однофазная статорная обмотка создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный
поток с амплитудой Ф. Этот поток может быть искусственно разложен на два вращающихся
потока ФI и ФII, каждый из которых равен Ф/2. Обозначим
ФI прямым потоком, а ФII — обратным. Частота вращения
каждого потока — n1I=n1II=n1.

Предположим, что ротор
двигателя уже вращается в направлении прямого потока. Тогда скольжение двигателя
относительно прямого потока ФI равно:


,

а относительно обратного потока:


.

Потоки ФI и
ФII наводят в обмотке ротора ЭДС E2I и E2II,
которые создают токи I2I и I2II. Известно, что частота
тока в обмотке ротора пропорциональна скольжению f2=Sf1.
Т.к. SII>SI, то ток, наведенный обратным полем, имеет
частоту намного больше частоты, наведенной в обмотке ротора прямым полем f2II>f2I.

Пусть n1=1500 об/мин, n2=1450 об/мин, f1=50 Гц, тогда:

SI =(1500-1450)/1500=0,03     f2I=50×0,03=1,5 Гц

SII=(1500+1450)/1500=1,96     f2II=50×1,96=98 Гц

Нам также известно, что
индуктивное сопротивление роторной обмотки x2 зависит от частоты
f2:

Поскольку f2I2II,
то и сопротивление x2I2II

Переходя к токам I2,
которые, как известно, обратно пропорциональны сопротивлениям x2,
можно записать: I2I>>I2II.

Вращающие моменты двигателя
пропорциональны магнитным потокам статора и токам в обмотке ротора. (М~ФI2).

Исходя из значений токов
I2I и I2II и учитывая, что ФIII
можно записать:

MI>>MII.

Следовательно, если ротор
двигателя уже вращается в сторону прямого потока, то он будет продолжать вращаться
в этом направлении. Тормозящее воздействие МII не будет оказывать
заметного влияния на работу двигателя.

Вспомним, что мы условно
предполагали вращение ротора в сторону прямого потока ФI. А если
бы он вращался вначале в сторону обратного потока ФII?

Тогда, проведя аналогичные
рассуждения, можно заключить, что ротор будет устойчиво вращаться в сторону
обратного потока. Рассмотрим механическую характеристику однофазного двигателя
(рис. 5.14.2).

Из характеристики М=f(S)
видно, что при пуске, когда S=1, пусковой момент Мп=О. Двигатель
при включении его в сеть сам не начнет вращаться. Необходим его сдвиг в ту или
иную сторону.

Если сдвинуть точку Мп
влево от S=1, то момент будет положительным, если вправо — отрицательным.

Другими словами, направление
устойчивого вращения ротора двигателя будет зависеть от направления первоначального
импульса.

Проведенный анализ показал, что однофазный двигатель нуждается в принудительном пуске.

Пусковые устройства могут быть механическими (пуск от руки) и электрическими.

Первый способ пуска практически выжил себя, и на его смену пришел второй — электрический.

Для создания необходимого пускового момента однофазный двигатель снабжается дополнительной пусковой обмоткой.
Эта обмотка размещается в оставшейся незаполненной 1/3 пазов.

Однофазный двигатель, таким
образом, превратился в двухфазный. Двухфазный двигатель обладает вращающимся
магнитным полем, если выполнены два обязательных условия.

Первое условие состоит
в пространственном сдвиге рабочей и пусковой обмоток на 90 эл. градусов. Такое
условие, легко реализуется на заводе-изготовителе.

Второе обязательное условие
диктуется сдвигом по фазе тока в пусковой обмотке на 90° относительно тока в
рабочей обмотке. Выполнение этого условия связано с включением в пусковую обмотку
фазосдвигающего элемента, например, конденсатора (рис. 5.14.3).

После того как ротор двигателя
придет во вращение, пусковую обмотку ПО отключают. Делается это с
помощью выключателя В. Иногда в бытовой технике отключение пусковой обмотки
производится автоматически по ходу разгона двигателя.

5.9. ПОТЕРИ И КПД АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В обмотку статора из сети поступает мощность P1. Часть этой мощности идет на потери в стали
Pсl, а также потери в обмотке статора Рэ1:

Оставшаяся мощность посредством магнитного потока передается на ротор и называется электромагнитной мощностью:

Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора:

Оставшаяся мощность преобразуется в механическую, получившую название полной механической мощности:

Р2‘=Рэмэ2

Воспользовавшись ранее полученной формулой

запишем выражение полной механической мощности:

тогда

или

Рэ2=SРэм,

т.е. мощность электрических потерь пропорциональна скольжению.

Мощность на валу двигателя P2 меньше полной механической мощности Р2’ на величину
механических Рмех и добавочных Рдоб потерь:

Р22’-(Рмех.доб.).

Таким образом:

Р21-SP,

где

SP=Pсlэ1э2мех.доб.

Коэффициент полезного действия
есть отношение мощности на валу P2 к потребляемой мощности P1:

5.18.6 Поворотные трансформаторы

Так называют электрические машины переменного тока,
предназначенные для преобразования угла поворота q в напряжение,
пропорциональное некоторым функциям угла поворота ротора sinq
или cosq, а также самому углу q. Их применяют в вычислительной
технике для выполнения различных математических операций. С помощью поворотных
трансформаторов решают геометрические задачи, связанные с построением треугольников,
преобразованием координат, разложением и построением векторов. В системах автоматического
регулирования поворотные трансформаторы используют в качестве измерителей расстояния,
фиксирующих отклонение системы от некоторого определенного положения.

Конструктивно поворотный трансформатор представляет
собой асинхронную машину малой мощности. На статоре ее перпендикулярно размещены
две обмотки: C1-C2 и С34.
Первая получила название главной, а вторая — квадратурной. Обмотки статора выполняются
одинаковыми, т.е. с одинаковым числом витков. На роторе может быть одна обмотка,
но чаще их бывает две. На рис. 5.18.6.1. приведены схемы включения синусного,
косинусного и синусно-косинусного поворотных трансформаторов.

Ссылка на основную публикацию