Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
lekcii mashini / Машины переменного тока / Асинхронные машины.ppt
Скачиваний:
108
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
279.55 Кб
Скачать

Асинхронные машины

Асинхронные машины – самый распространенный вид бесколлекторных электрических машин переменного тока.

Преобладающее применение – асинхронные двигатели (АД), составляющие основу современного электропривода

Области применения: от привода устройств автоматики и бытовой техники до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.).

Мощность АД: от долей ватта до тысяч киловатт.

Напряжение питания: от десятков вольт до 10 киловольт.

Наибольшее применение нашли трехфазные асинхронные двигатели.

Режимы работы асинхронных машин

В соответствии с принципом обратимости АМ могут работать как в

двигательном, так и в генераторном режимах.

Кроме того, возможен и режим электромагнитного торможения противовключением.

Режимы работы асинхронных машин

Двигательный режим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

 

 

 

 

 

F1

 

 

Ф

 

 

E2

 

 

 

Fэм

 

Mэм

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромагнитный момент Mэм в этом режиме – вращающий.

Под действием момента Mэм ротор двигателя приходит во вращение

с частотой n2< n1 в сторону вращения поля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АМ

 

ИМ

 

 

 

 

 

 

 

 

сеть

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скольжение S n1 n2 100%

n1

В режиме двигателя 0 S 1

относительная разность частот вращения ротора и магнитного поля

При пуске АД: n2 0 S 1; в режиме х.х.: n2 n1 S 0 ; В номинальном режиме: Sном (1 8)%

Режимы работы асинхронных машин

Генераторный режим

Если обмотку статора подключить к сети, а ротор АМ вращать приводным двигателем в направлении вращения магнитного поля с частотой n2>n1, то

ротор будет обгонять поле статора, а ЭДС наведенная в обмотке ротора изменит свое направление.

 

 

Q

 

 

P1

 

 

 

сеть

АМ

 

ПД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромагнитный момент Mэм в этом режиме – тормозящий

по отношению к вращающему моменту ПД.

 

 

В режиме генератора

 

 

 

 

 

 

 

S 0

 

 

 

 

 

Особенность работы АГ: вращающееся магнитное поле создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и куда он отдает вырабатываемую активную мощность P2.

Т.о. для работы АГ необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора.

Режимы работы асинхронных машин

Режим электромагнитного торможения противовключением

Если у работающего трехфазного АД поменять местами любую пару

подключенных к сети выводов, то поле статора изменит направление вращения на обратное, а ротор АМ под действием сил инерции будет

продолжать вращение в прежнем направлении.

При этом электромагнитный момент машины Mэм, направленный в

сторону вращения магнитного поля статора, будет оказывать на ротор

тормозящее воздействие.

Активная мощность, поступающая в машину из сети, затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т.е. на

торможение.

 

 

 

 

 

S n1

( n2 )

 

n1 n2

 

В этом режиме n2<0, тогда

 

1

n

 

 

n

 

 

 

 

1

1

 

Общий вывод:

Характерной особенностью АМ является неравенство частот вращения магнитного поля статора n1 и ротора n2 , т.е. наличие скольжения, т.к.

только в этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС и возникает электромагнитный момент.

Уравнения напряжений асинхронного двигателя

Между обмотками статора и ротора АД существует только магнитная связь. Энергия из обмотки статора в ротор передается магнитным полем.

Асинхронная машина в этом смысле аналогична трансформатору:

-обмотка статора – первичная;

-обмотка ротора – вторичная обмотка.

МДС статора и ротора наводят в магнитной системе АМ результирующий магнитный поток, вращающийся с частотой n1, и состоящий из основного

магнитного потока Ф, сцепленного с обмотками и статора и ротора, и двух

потоков рассеяния Ф 1 и Ф 2.

Уравнение напряжения обмотки статора:

Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС

E1 4,44Фf1 w1kоб1 .

Поток рассеяния Ф 1 наводит ЭДС рассеяния Е 1, значение которой

определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора

E 1 j I1x1,

где x1 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.

Уравнения напряжений асинхронного двигателя

Для обмотки статора по второму закону Кирхгофа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1r1.

 

 

 

 

U1

E1

E 1

 

 

U ( E ) j I x I r

 

 

- уравнение напряжений

или

 

1

 

 

1

1

1 1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

обмотки

 

статора

АД

 

(аналогичное

 

уравнению напряжений

 

 

 

первичной обмотки трансформатора).

Уравнение напряжения обмотки ротора:

Ротор АД вращается в сторону вращения поля с частотой n2. Поэтому

частота вращения поля статора относительно ротора nS= n1- n2

При этом основной магнитный поток индуцирует в обмотке ротора ЭДС

 

 

 

 

E2S 4,44Фf2 w2kоб

,

 

 

 

где f2

– частота ЭДС в обмотке ротора.

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

f2

pnS

 

p(n1 n2 )

,

или f2

p(n1 n2 )

n1

pn1

n1 n2 .

 

 

 

 

 

60

60

 

 

 

60

n1

60

n1

 

 

 

f2 f1 S.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.е. частота ЭДС (тока) обмотки ротора пропорциональна скольжению. При частоте f1=50 Гц и Sн=5% f2=2,5 Гц

Уравнения напряжений асинхронного двигателя

Подставим f2 f1 S и получим

 

 

 

E2S 4,44 f1 S Ф w2 kоб

E2 S,

 

 

 

2

 

где Е2 – ЭДС, наведенная в обмотке ротора при S =1, т.е.

при

неподвижном роторе.

 

 

Поток рассеяния Ф 2 наводит в обмотке ротора ЭДС рассеяния Е 2,

значение которой определяется индуктивным падением напряжения в

обмотке ротора

E

j I

 

x

 

S,

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

2

 

где x2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе.

По второму закону Кирхгофа для обмотки ротора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2r2

или

E2 S

E2S

E 2

j I2 x2

S I2r2

0.

 

 

 

 

 

 

 

Разделим на S

 

j I2 x2 I2r2

S 0.

- уравнение напряжений

E2

для обмотки ротора

Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя

Основной магнитный поток Ф в АД создается совместным действием МДС

обмоток статора F1и ротора F2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rм

,

 

 

 

 

Ф (F1

F2 ) Rм

F0

 

 

 

где Rм – магнитное сопротивление магнитной цепи АД;

 

 

 

F0 – результирующая МДС, равная МДС обмотки статора в

 

 

режиме х.х.:

F0 0,45m1I0w1kоб

p ,

 

 

 

I0 – ток х.х. в обмотки статора.

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме нагруженного

двигателя

F1

0,45m1I1w1kоб

p ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

F2 0,45m2 I2w2kоб2 p.

 

 

 

При изменении нагрузки на валу АД меняется ток в статоре I1 и роторе

I2, но основной магнитный поток Ф при этом остается неизменным, т.к.

напряжение, подведенное

к обмотке

статора, неизменно

(U =const) и

почти полностью уравновешивается ЭДС обмотки статора

 

1

 

U1

( E1)

Уравнения МДС и токов асинхронного двигателя

Т.к. ЭДС Е1 пропорциональна основному магнитному потоку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1 4,44Фf1 w1kоб1 ,

 

 

 

 

 

то поток при изменении нагрузки остается неизменным. Следовательно и

результирующая МДС остается неизменной:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- уравнение МДС

 

 

 

 

 

F0

F1 F2 const,

 

0,45m I

w k

 

p 0,45m I w k

p

0,45m I w

k

об

p ,

1 0 1 об

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 1 об

 

 

 

 

2 2 2

 

 

Разделим на

m11w1kоб

 

p ,

1

 

 

 

I ,

 

 

2

 

 

 

I

 

 

 

I

 

I

 

m2w2kоб2 I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

m w

 

 

 

 

 

m w k

об1

 

 

 

где I I

k

об2

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

- ток ротора, приведенный к обмотке статора.

m w k

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

об

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение токов АД:

 

 

 

1

I1 I0 ( I2 ),

 

 

 

 

 

 

Ток статора I1

имеет две

 

намагничивающую (постоянную)

составляющие: I0 -

составляющую и (-I2) - переменную составляющую, компенсирующую размагни- чивающее влияние тока ротора.

Потери и КПД асинхронных двигателей

Преобразование электрической энергии в механическую в АД

сопровождается потерями энергии:

P2 P1 P.

 

Потери P : основные и добавочные.

Основные потери: магнитные, электрические, механические.

Магнитные потери: Pм Pгист Pв.т. - потери на гистерезис и вихревые токи происходят в основном в сердечнике статора при его перемагничивании.

Т.к. частота перемагничивания равна частоте тока в обмотке, а для ротора

f2 f1 S 2,5 Гц (при частоте f1=50 Гц и Sн=5%) и магнитные потери в сердечнике ротора в практических расчетах можно не учитывать

Электрические потери возникают при протекании электрического тока по

обмоткам и приводят к их нагреву

Pэл Pэл1 Pэл2 m1 I12 r1 m2 I22 r2

Электрические потери в роторе пропорциональны скольжению

Pэл2 S Pэм,

где Pэм P1 (Pм Pэл1 ) - электромагнитная мощность АД.