Лекція 19. Асинхронна машина за нерухомого ротора

Лекція 19. АСИНХРОННА МАШИНА ЗА НЕРУХОМОГО РОТОРА

Єдина серія трифазних асинхронних двигунів 4А. Асинхронні двигуни широко застосовуються у всіх галузях народного господарства. Пояснюється це простотою їх конструкції, високою надійністю в роботі та відносно невеликою вартістю.

При цьому електричні машини випускаються серіями. Серія електричних машин є рядом електричних машин зростаючої потужності, що мають однотипну конструкцію і що задовольняють загальному комплексу вимог.

Електричні машини, призначені для масового застосування, випускаються єдиними серіями. Для електричних машин єдиних серій характерні високий рівень уніфікації деталей і вузлів та їх максимальна взаємозамінність. З цією метою одні і ті ж штамповані пластини статорів і роторів використовують в машинах різної потужності, застосовуючи різну довжину пакетів. По мірі розвитку науки і техніки, вдосконалення, технології, створення нових електротехнічних матеріалів розробляються нові, більш досконалі серії електричних машин.

Разом з єдиними серіями промисловістю виготовляються і інші серії машин, головним чином спеціального застосування: металургійні, кранові, суднові, тягові і т.п.

Умовні позначення двигунів серії 4АМ розшифровуються так:

4АМ Х Х Х ХХХ Х Х Х Х ХХ

––––– –– –– –– ––––– –– –– –– –– ––––

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 — серія;

2 — виконання за способом захисту від дії навколишнього середовища: Н — захищені; відсутність даного знаку означає закриті обдувні;

3 – виконання за матеріалом станини та щитів: А – станина та щити алюмінієві; X – станина із алюмінію, підшипникові щити – чавунні; відсутність знаків означає, що станина і щити чавунні або стальні;

4 — позначення електричної модифікації: С – з підвищеним ковзанням; Р — з підвищеним пусковим моментом; К – з фазним ротором; В – вбудовані;

5 – висота осі обертання, мм (дві або три цифри);

6 – установочний розмір за довжиною станини (S – коротка, М – середня, L – довга);

7 – довжина осердя статора (А або В) при збереженні установочного розміру. Відсутність літер вказує на наявність тільки однієї довжини осердя;

8 — кількість полюсів (2, 4, 6, 8 і 10);

9 — додатковий індекс – позначення спеціалізованого виконання двигуна: Х2 – стійкі проти дії хімічних речовин; С – сільськогосподарсь­кі; УП – пилозахищені; РЗ – для зубчастих мотор-редукторів; Ж – з подовженим кінцем вала для моноблочних насосів; Б – з вбудованим температурним захистом; Е – з вбудованим електромеханічним галь­мом; Н – малошумні;

10 — кліматичне виконання і категорія розміщення.

Єдина серія 4А охоплює діапазон потужностей від 0,06 до 400 кВт. У основу розділення двигунів по типорозмірах покладений конструктивний параметр – висота осі обертання h, якавизначається відстанню від осі обертання (для машин з горизонтальною віссю обертання) до опорної площини. Двигуни єдиної серії 4А виготовляються з висотами осі обертання 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 мм. Двигуни кожної висоти осі обертання виконуються двох типорозмірів з різною довжиною пакетів осердь, але однаковим штампом пластин цих осердь. Двигуни виготовляються на синхронні частоти обертання 3000, 1500, 1000, 750, 600 і 500 об/хв.

Двигуни єдиної серії 4А виготовляються у двох виконаннях: закритого виконання, що обдувається і захищеного з внутрішньою самовентиляцією.Двигуни закритого виконання всього діапазону осей обертання виготовляються з короткозамкненим ротором, а осей обертання 200, 225 і 250 мм – іще й з фазним ротором (4АК). Двигуни захищеного виконання виготовляються з короткозамкненим ротором (4АН) при висоті осі обертання h>160 мм, а при висоті осі обертання h>200 мм – іще й з фазним ротором (4АНК).

У двигунах єдиної серії з висотами осі обертання від 50 до 132 мм застосовується ізоляція класу нагрівостійкості В, а у двигунах з висотами осі обертання від 160 до 355 мм – ізоляція класу нагрівостійкості F.

Асинхронні двигуни єдиної серії 4А призначені для найширшого застосування у всіх галузях народного господарства і крім основного мають декілька електричних модифікацій та спеціалізованих виконань.

Двигуни основного виконання призначені для приводу механізмів, які не висувають особливих вимог до пускових характеристик, ковзання, енергетичних показників і т.д. Передбачається, що навколишнє середовище у місці їх встановлення буде невибухонебезпечним, не міститиме струмопровідного пилу, агресивних газів і пари у концентраціях, що руйнують метал та ізоляцію. Двигуни призначені для роботи від мережі частотою 50 Гц та напругою у відповідності із табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Номінальні напруги асинхронних двигунів серії 4А

Потужність двигуна	Номінальна напруга, В	Схема з’єднання	Кількість вивідних кінців
0,06 – 0,37	220 та 380	∆ або Υ
0,55 – 11	220, 380 та 660
15 – 110	220/380 та 380/660	∆ / Υ
132 – 400	380/660

Електричні модифікації двигунів. Розрізняють такі електричні модифікації асинхронних двигунів: а) двигуни з підвищеним ковзанням, з «м'якою» механічною характеристикою; б) двигуни з підвищеним пусковим моментом (подвійна клітка на роторі); в) багаточастотні двигуни – на дві, три і чотири частоти обертання в діапазоні від 500 до 3000 об/хв; г) двигуни на частоту 60 Гц, що мають частоту обертання на 20% вище, ніж двигуни основного виконання за тієї ж потужності.

Конструктивне виконання двигунів. За конструктивним виконанням двигуни поділяються на: а) малошумні, що мають підвищений скіс пазів (1,5 зубцових поділки), збільшений повітряний зазор, пластмасовий вентилятор; б) вбудовувані двигуни (4АВ) для вбудовування у верстати і механізми; в) двигуни з вбудованим температурним захистом для приводу механізмів, що працюють із значними перевантаженнями, частими пусками і т. д.; у яких у лобові частини обмоток статора встановлені терморезистори, які при надмірному перегріві двигуна подають сигнал на відключення двигуна.

Виконання за умовами навколишнього середовища. За умовами навколишнього середовища двигуни поділяються на: а) двигуни тропічного виконання, призначені для роботи в умовах вологого або сухого тропічного клімату; у них застосовані тропічностійка ізоляція та антикорозійне покриття усіх деталей; б) двигуни вологоморозостійкого виконання, призначеного для роботи при навколишній температурі до – 40°С та відносній вологості до 100% при температурі +25°С; в) двигуни хімічностійкого виконання, призначеного для роботи в умовах температури навколишнього середовища ±40°С, відносній вологості до 80% при температурі +25°С та наявності хімічно активного невибухонебезпечного середовища; у них застосовуються хімічностійкі ізоляційні матеріали та антикорозійні покриття всіх деталей.

Асинхронні електродвигуни серії АИ. Електродвигуни серії АИ розроблені в рамках міжнародної організа­ції по співробітництву у галузі електротехнічної промисловості ”Інтерелектро” і відповідають перспективному рівню світового електромашино­будування.

Порівняно із двигунами серії 4А та 4АМ вони мають кращі енергетич­ні показники: менші рівень шуму та масу; підвищену надійність і ступінь захисту (для двигунів з висотами осі обертання 45 – 132 мм основного ви­конання – ІР54, інших — ІР44).

Двигуни серії АИ виготовляються з чавунними станиною та підшипниковими щитами і станиною з алюмінієвого сплаву й чавунними або алюмінієвими щитами.

Для досягнення підвищеної точності і зниження шуму використовують легку серію підшипників із зниженою віброактивністю. Підшипники мають дві ущільнювальні шайби і закладене на весь строк служби підшипника мастило.

Вертикально-горизонтальне оребріння поверхні станини забезпечує інтенсивне охолодження оболонки двигуна. Коробку виводів відли­вають разом із станиною, що забезпечує надійну герметизацію і дозволяє підвести живлення з кожного боку двигуна через один або два герметизо­ваних штуцери.

Клас нагрівостійкості ізоляції – F. Для підвищення надійності дви­гунів з висотами осі обертання 45—132 мм перегрівання обмоток встанов­лено по класу В (запас по перегріванню до 30 °С).

Умовні позначення двигунів серії АИ розшифровуються так:

А И Р ХХХ ХХ Х Х ХХ

–– –– –– ––––– ––– –– –– –––

1 2 3 4 5 6 7 8

1 – асинхронний;

2 – уніфікована серія («Интерэлектро»);

3 – ув'язка потужності з установочними розмірами за РСЗОЗІ-71 (потужності двигунів серії АИР збігаються з потужностями двигунів серій 4А та 4АМ);

4 – ви­сота осі обертання, мм;

5 – А і В – довжина осердя магнітопроводу при однаковій довжині станини (S, М, L – позначення довжини станини);

6 – кількість полюсів (2, 4, 6 і 8);

7 – додаткові індекси: Б – з вбудо­ваним температурним захистом, Х2 – стійкий проти дій хімічних речо­вин, Н – малошумішй, С – сільськогосподарський та ін.;

8 – кліматич­не виконання та категорія розміщення.

За замовленням двигуни виготовляють на всі стандартні напруги до 660 В при з'єднанні обмоток за схемою трикутника чи зірки або за іншими схемами і на всі монтажні та кліматичні виконання. Двигуни призначені для тривалого режиму роботи S1. Вони можуть бути виготовлені і на інші режими (S2 і S3),

За установочними та приєднувальними розмірами і шкалою потужнос­тей вони повністю взаємозамінні з двигунами серій 4А й 4АМ. Структури умовних позначень двигунів серій АИ та 4А і 4АМ збіга­ються. Умови роботи двигунів серії АИ такі ж, як і для двигунів серії 4АМ відповідних модифікацій та виконань за захищеністю від впливу навко­лишнього середовища.

Асинхронна машина за нерухомого ротора. Під час розгляду даного питання будемо мати на увазі симетричну багатофазну асинхронну машину та її симетричні режими роботи, коли опори фаз кожної обмотки однакові, а напруги і струми кожної обмотки утворюють симетричні системи прямої послідовності. Крім того, припустимо, що взаємна індукція між статором і ротором обумовлюється лише основною гармонікою магнітного поля у повітряному зазорі, а вищі гармоніки даного поля відносяться до розсіяння і враховуються в індуктивних опорах розсіяння. При цьому можна уявити собі, що у повітряному зазорі діють лише основні гармоніки поля обох обмоток. Будемо також вважати, що обмотка статора є первинною і підключається до мережі, а обмотка ротора – вторинною.

Розглянемо багатофазну асинхронну машину із загальмованим ротором. Для визначеності будемо мати на увазі машину із трифазними обмотками на статорі та роторі (рис. 3.21). Припустимо, що первинна обмотка включається у трифазну мережу із фазною напругою U ₁, а до фаз вторинної обмотки під’єднується опір навантаження Z_н.

Рис. 3.21 – Схема асинхронної машини із загальмованим ротором

За вказаних умов асинхронна машина працює як трансформатор. Симетричні первинні фазні струми І ₁ створюють основну гармоніку МРС із амплітудою на полюс:

(3.36)

та первинний обертовий магнітний потік на один полюс:

. (3.37)

Індуковані у вторинній обмотці струми І ₂ створюють основну гармоніку МРС з амплітудою:

(3.38)

та вторинний обертовий магнітний потік на полюс:

. (3.39)

Магнітні потоки Ф ₁ та Ф ₂ обертаються із однаковою швидкістю n ₁ і утворюють загальний магнітний потік Ф. У дійсності потоки Ф ₁ та Ф ₂ окремо не існують, і магнітний стан машини та ступінь насичення магнітного кола визначається результуючим магнітним потоком Ф.

Як і у трансформаторі, результуючий магнітний потік індукує у первинній та вторинній обмотках ЕРС Е ₁ та Е ₂, які визначаються формулами:

. (3.40)

Напруга на опорі навантаження U ₂ дорівнює ЕРС Е ₂ мінус спад напруги на вторинній обмотці.

Фазорегулятор. Фазорегулятор (рис. 3.22, а) являє собою асинхронну машину із фазним ротором, ротор якої загальмований і може бути повернутий відносно статора на 360^о. Гальмування та поворот ротора здійснюються зазвичай за допомогою само гальмівної черв’ячної передачі. Первинна сторона фазорегулятора підключається до мережі живлення, а вторинна – до навантаження Z_н.

а)	б)
Рис. 3.22 – Схема (а) та векторна діаграма напруг (б) фазорегулятора

Позначимо електрич-ний кут повороту осі фази обмотки ротора відносно осі фази обмотки статора. Якщо для простоти прийняти, що у машини, яка розглядається, R ₁ = R ₂ = X ₁ = X ₂ = 0, то U ₁ = E ₁, U ₂ = E ₂ та діаграма напруг фазорегулятора набуває вигляду, наведеного на рисунку. ЕРС Е ₁ та Е ₂ індукуються загальним обертовим магнітним полем та зсунуті у відповідних фазах статора і ротора на кут β. При повороті ротора та зміні кута β вектор повертається відносно векторів E ₁ та U ₁.

Фазорегулятор являє собою поворотний трансфор-матор із регульованою фазою вторинної напруги відносно первинної. Фазорегулятори застосовуються в основному у лабораторія, зокрема для випробування лічильників електричної енергії.

Слід відзначити, що під час роботи асинхронної машини із загальмованим ротором, у тому числі і фазорегулятора, на її ротор діє обертальний момент.

Трифазний індукційний регулятор. Трифазний індукційний регулятор служить для регулювання трифазної напруги. Обмотки регулятора включаються за схемою автотрансформатора, і фактично індукційний регулятор є поворотним автотрансформатором.

Схема з’єднання обмоток трифазного індукційного регулятора, який найбільш широко використовується, наведена на рис. 3.23, а. Одна з обмоток (w ₁) є первинною і включається паралельно у мережу первинної напруги U ₁, а вторинна обмотка (w ₂) включається у дану мережу послідовно. У якості первинної обмотки зазвичай використовують обмотку ротора, оскільки при цьому необхідно вивести за допомогою контактних кілець або гнучких виводів лише три кінці обмотки. Первинна обмотка може бути з’єднана як зіркою, так і трикутником. Надалі будемо мати на увазі з’єднання зіркою.

а) б)

Рис. 3.23 – Схема з’єднання обмоток (а) та векторна діаграма напруг (б) трифазного індукційного регулятора

Первинна обмотка споживає із первинної мережі струм намагнічування, який створює обертовий магнітний потік Ф. Якщо знехтувати спадами напруги, то даний потік індукує у обмотках ЕРС Е ₁ = U ₁ та

ЕРС Е₂ додається до напруги U ₁ під кутом β, який дорівнює електричному куту повороту фази вторинної обмотки відносно первинної. При зміні кута β кінці векторів Е ₂ та U ₂ при U ₁ = const ковзають по колу. Граничні значення вторинної напруги при нехтуванні спадами напруг будуть дорівнювати:

при β =180^о U _{2 max} = U ₁ + E ₂

при β =0⁰ U _{2 min} = U ₁ - E ₂.

За рівності кількостей витків обмоток статора і ротора

E ₂ = E ₁ = U ₁; U _{2 max} ≈ 2 U ₁; U _{2 min} ≈ 0.

У трифазного індукційного регулятора одночасно зі зміною значення напруги U ₂ змінюється також її фаза, що інколи є небажаним. У таких випадках можна використати подвоєний індукційний регулятор, у якого первинні обмотки приєднані до первинної мережі паралельно, а вторинні – послідовно одна за одною.

Дата добавления: 2015-08-29