Тема:Асинхронные машины

Изучение асинхронного двигателя надо начинать с его устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и схема замещения асинхронного двигателя облегчают изучение его работы и используются при выводе основных уравнений. Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно демонстрируются при помощи механических и рабочих характеристик.

Основные формулы по разделу "Асинхронные машины".

1. Скольжение:

или / 1. 137 /

где n₁ – скорость вращения магнитного поля статора;

n₂ – скорость вращения ротора;

где f₁ – частота тока сети, ги

Р – число пар полюсов, на которое сконструирована обмотка статора;

при частоте тока сети 50 Гц:

Таблица

Р
n об/мин

Синхронную частоту вращения n₁ можно определить и без вычисления, а зная только частоту вращения ротора n₂, которая по величине близка к ней. Если, например n₂ = 1440 об/мин, то ближайшая из указанного ряда синхронных частот вращения может быть только значение номинальной частоты вращения ротора n_{2 ном.}

2. Электродвижущая сила:

обмотки статора

,В / 1. 154 /

обмотки ротора

, В / 1. 155 /

где f₁ – частота тока в сети, ги;

f₂ – частота тока в роторе, ги;

W_1, W₂ – число витков обмотки статора и ротора;

K_{обм 1}, K_{обм 2} – обмоточные коэффициенты обмотки статора и ротора.

Обмоточные коэффициенты учитывают уменьшение э.д.с. при распределенной обмотки по пазам и укорочения шага обмотки.

3. Частота тока обмотки ротора:

/ 1. 155 /

4. э.д.с. в обмотке вращающего ротора:

/ 1/ 155 /

где E₂ – э.д.с. неподвижного ротора;

S – скольжение

5. Индуктивное сопротивление вращающегося ротора:

/ 1. 155 /

где х₂ – индуктивное сопротивление неподвижного ротора.

6. Ток в роторе при скольжении S:

/ 1. 156 /

где Е_{2 S} – э.д.с. вращающего ротора;

z₂ – активное сопротивление ротора;

х_{2 S} – индуктивное сопротивление вращающего ротора.

7. Уравнения, описывающие процесс работы асинхронного двигателя:

а)

где U₁ – напряжение, подводимое к обмотке статора;

I₁ – ток в обмотке статора, А;

Z₁ – полное сопротивление обмотки статора, Ом;

где R₁ и x₁ – соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом

б)

где E₂ – э.д.с. обмотки ротора при скольжении

S = 1, т.е. при необходимости ротора, В;

I – ток в обмотке ротора, А;

Z_{2 S} – полное сопротивление обмотки ротора при скольжении S

где z_2, х₂ – соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки ротора при неподвижном роторе, Ом

в)

где I₁ – ток в обмотке статора, А;

I₀ – ток холостого хода двигателя, А;

I₂' – ток ротора, приведенный к параметрам обмотки статора

; / 1.157 /

где m₁, m₂ – число фаз обмотки статора и ротора

W₁, W₂ – число витков обмоток статора и ротора

К_{обм 1,} К_{обм 2} – обмоточные коэффициенты обмотки статора и ротора

8. Электромагнитный момент асинхронного двигателя:

/ 1.166 /

где m₁ – число фаз

U₁ – напряжение обмотки статора

z₂' – активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к параметрам обмотки статора

Р – число пар полюсов двигателя

f₁ – частота тока обмотки статора

S – скольжение

z_1,z₂ – активные сопротивления обмоток статора и ротора (для ротора приведенное), Ом

х_1, х₂' – индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора (для ротора – приведенное), Ом

Пример 4.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А250S4УЗ имеет данные: Номинальная мощность Р_ном =75кВт; номинальное напряжение U_ном = 380 В; частота вращения ротора n_ном = 1480 об/мин; КПД η_ном = 0,93; коэффициент мощности Cos φ_ном = 0,87; кратность пускового тока I_пуск / I_ном = 7,5; кратность пускового момента М_пуск / М_ном = 1,2; способность к перегрузке (λ) М_max / M_ном = 2,2; частота тока в сети ƒ₁ = 50 гц.

Определить: 1) потребляемую мощность; 2) номинальный, пусковой и максимальный моменты; 3) номинальный и пусковой токи; 4) номинальное скольжение; 5) суммарные потери в двигателе; 6) частоту тока в роторе.

Решение:

1. Мощность, потребляемая из сети:

кВт

2. Номинальный момент, развиваемый двигателем:

3. Пусковой и максимальный моменты:

;

4. Номинальный и пусковые токи:

;

5. Номинальное скольжение:

6. Суммарные потери в двигателе:

кВт

7. Частота тока в роторе:

гц

Пример 5.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором питается от сети с линейным напряжением 380 В при частоте ƒ = 50 гц. Номинальные данные двигателя: U_ном=380/220 В, Р_ном=30 кВт, n_ном =720 об/мин, η_ном=0,87, Cos φ_k =0,36. Кратность пускового тока К_I = 6,5.

Определить схему соединения фаз обмотки статора, номинальный момент, номинальный ток, потребляемый двигателем из сети сопротивления короткого замыкания (на фазу), активное и индуктивное сопротивление фаз статора и ротора, критическое скольжение.

Определить величину добавочного сопротивления в цепи ротора R'_доб, которое должно быть включено в фазу ротора для того, чтобы начальный пусковой момент был равен критическому.

Решение:

1. Обмотки статора соединены в звезду, при этом номинальное напряжение двигателя U_ном = 380 В соответствует напряжению сети U_R=380 В

2. Номинальный момент на валу ротора:

3. Номинальный ток, потребляемый двигателем из сети:

4. Пусковой ток двигателя:

5. Параметры схемы замещения определяются в пусковом режиме, т.е. при S = 1. В этом случае и схема принимает вид:

6. Сопротивления короткого замыкания:

;

;

7. Для серийных двигателей характерно:

; ;

Поэтому:

;

Критическое скольжение:

;

9. Сопротивление R'_доб находится из условия, что пусковой момент равен

критическому.

В этом случае:

, отсюда:

Задача №4

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность которого Р_ном, включен в сеть под номинальное напряжение U_ном с частотой φ = 50 Гц.

Определить: номинальный и пусковые токи, номинальный, пусковой и максимальный моменты, полные потери в двигателе при номинальной нагрузке. Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15 % и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой?

Данные для расчета приведены в таблице.

Таблица

№ вар.	Uном, В	Рном, кВт	Sном, %	ηном,	Cosφном	Р
		0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5	3,0 3,0 4,0 4,5 3,5 2,0 3,0 3,5 4,0 3,5 3,5 3,5 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0	0,78 0,795 0,805 0,83 0,845 0,855 0,86 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 0,89 0,89 0,9 0,9 0,915 0,885 0,885 0,89 0,9 0,91 0,925 0,925 0,925	0,86 0,87 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,9 0,9 0,9 0,91 0,92 0,92 0,92 0,87 0,89 0,89 0,9 0,91 0,92 0,92 0,92		2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0	1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,6 1,5 1,5 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1	7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0

Задача №5

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора и ротора которого соединены звездой, включен в сеть с номинальным напряжением U_ном с частотой 50 гц.

Определить: 1) номинальный и пусковой токи двигателя; 2) номинальный и максимальный моменты; 3) сопротивление короткого замыкания (на фазу); 4) активное и индуктивное сопротивление фаз статора и ротора (для ротора приведенные значения); 5) критическое скольжение; 6) добавочное сопротивление в цепь ротора, при котором начальный пусковой момент электродвигателя был равен критическому.

Данные для расчета приведены в таблице.

Таблица

№ вар.	Uном В	Рном кВт	nном об/мин	ηном %	Cosφном	Cosφ,к
		7,5 5,5 2,2 3,5 5,0 7,5 11,0 7,5	90,0 85,0	70,5 74,5 78,5 82,5 77,5 81,0 82,5 84,5 90,0 90,5 90,5 90,5 89,0 89,0 89,0 90,5 87,5 87,5 87,5 90,0 85,0	0,82 0,83 0,72 0,72 0,73 0,68 0,69 0,71 0,69 0,70 0,74 0,67 0,84 0,84 0,85 0,85 0,84 0,85 0,86 0,86 0,79 0,79 0,81 0,81 0,82	0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,34 0,34 0,33 0,32 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24	1,8 1,8 1,7 2,3 2,5 2,9 2,8 3,1 2,6 2,9 3,0 3,0 2,5 2,6 2,7 3,0 2,8 2,7 2,6 2,7 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6	5,5 5,5 5,5 5,0 5,0 5,0 5,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0

Варианты теоретических вопросов

Номер варианта	Вопросы
	20, 40, 42 19, 39, 43 18, 38, 44 17, 37, 45 16, 36,46 15, 35,47 14,34, 48 13, 33. 49 12, 32. 50 11. 31, 51 10, 30, 52 9,29, 53 8, 28, 54 7, 27, 55 6, 26, 56 5, 25, 57 4,24, 58 3,23, 59 2.22, 41 1, 21, 60

Теоретические вопросы для практической работы

1. Принцип выполнения обмоток статора бесколлекторных машин переменного тока.

2. Основные типы обмоток статора бесколлекторных машин переменного тока.

3. Магнитодвижущая сила обмоток статора бесколлекторных машин переменного тока.

4. Магнитодвижущая сила трехфазной обмотки статора. Принцип получения вращающейся м.д.с.

5. Круговое, эллиптическое и пульсирующее магнитные поля статора.

6. Высшие гармоники м.д.с. трехфазной обмотки статора.

7. Конструкция и принцип работы асинхронных двигателей. Почему двигатель называется асинхронным?

8. Режимы работы асинхронных машин.

9. Начертить принципиальные схемы включения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

10. Трехфазный асинхронный двигатель рассчитан на включение в сеть напряжением 380/220В. По какой схеме необходимо соединять обмотку статора для включения в сеть напряжением 380 и 220 В? Начертить расположение выводов обмотки статора.

11. Уравнения, описывающие процесс работы асинхронного двигателя.

12. Электродвижущие силы, новодимые в обмотках асинхронного двигателя.

13. Почему при изменении нагрузки на валу асинхронного двигателя изменяется и потребляемый обмоткой статора ток из сети?

14. Порядок приведения параметров обмотки ротора к параметрам обмотки статора.

15. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

16. Схемы замещения асинхронного двигателя.

17. Электромагнитный момент АД.

18. Механические характеристики АД. Анализ механических характеристик.

19. Расчет механических характеристик по паспортным данным асинхронного двигателя.

20. Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя.

21. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

22. Опыт холостого хода асинхронного двигателя. Схема, что из опыта определяют, графики.

23. Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя. Схема, что из опыта определяют, графики.

24. Круговая диаграмма асинхронного двигателя.

25. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя по круговой диаграмме.

26. Потери и кпд асинхронного двигателя. Энергетическая диаграмма АД.

27. Что значит улучшить пусковые свойства асинхронного двигателя и как этого добиться?

28. Пуск АД с фазным ротором.

29. Способы пуска АД с короткозамкнутым ротором.

30. Короткозамкнутые АД с улучшенными пусковыми характеристиками.

31. Регулирование частоты вращения АД.

32. Особенности и область применения трехфазных АД.

33. Принцип действия и пуск однофазного АД.

34. Асинхронные конденсаторные двигатели.

35. Работа трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети.

36. Однофазный двигатель с экранированными полюсами.

37. Асинхронные машины спецназначения. Индукционный регулятор напряжения и фазорегулятор.

38. Асинхронные машины спецназначения. Асинхронный преобразователь частоты.

39. Электрические машины синхронной связи.

40. Асинхронные исполнительные двигатели.

41. Основные типы серийно-выпускаемых асинхронных двигателей.

42. Принцип действия синхронных машин.

43. Способы возбуждения синхронных машин.

44. Устройство синхронных машин.

45. Магнитное поле синхронной машины. Реакция якоря.

46. Уравнение напряжений синхронного генератора. Векторная диаграмма синхронного генератора.

47. Характеристики синхронного генератора.

48. Потери и кпд синхронной машины.

49. Включение синхронных генераторов на параллельную работу. Способы синхронизации.

50. Угловая характеристика синхронного генератора.

51. Колебания синхронных генераторов.

52. U-образные характеристики синхронных генераторов.

53. Пуск синхронных двигателей.

54. U-образные характеристики синхронных двигателей.

55. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

56. Синхронный компенсатор.

57. Синхронные машины спецназначения.

58. Особенности и область применения синхронных машин.

59. Потери и кпд синхронного двигателя. Энергетическая диаграмма синхронного двигателя.

60. Каковы достоинства и недостатки синхронных двигателей по сравнению с асинхронными двигателями.

Литература

1. Кацман М.М. Электрические машины. М., Высшая школа, 1983. 463 с.

2. Токарев Б.Ф. Электрические машины. М., Энергоатомиздат, 1989. 670 с.

3. Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л., Энергия, 1975. 486 с.

4. Николаев С.А. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам. М., Энергия, 1970. 181 с.

Дата добавления: 2015-07-10