ASM4

1. Объяснить принцип действия АД.

Принцип действия асинхронного двигателя основывается на создании в обмотках статора вращающегося магнитного поля, которое пересекает контур ротора и индуцирует в нём электродвижущую силу. Поскольку он замкнут на коротко, то в нём возникает переменный ток. Магнитное поле этого тока вместе с вращающимся магнитным полем статора создают крутящий момент. Ротор начинает крутиться и пытается сравнять свою скорость со скоростью убегающего поля статора. Но как только частота вращения ротора совпадёт с частотой вращения магнитного поля статора, в роторе затухнут все электромагнитные процессы и крутящий момент станет равным нулю. Ротор начинает отставать и магнитное поле статора снова начинает возбуждать контур ротора. Этот процесс будет повторяться всё снова и снова. Таким образом, частота вращения ротора стремится догнать частоту вращения магнитного поля статора, но всё время отстаёт, т.е. вращается не синхронно, а значит асинхронно.

Как образуется вращающееся магнитное поле в АД?

На статоре трехфазного электродвигателя расположены 3 обмотки (фазы), которые смещены в пространстве по отношению друг к другу на 120 эл. градусов. Токи, подаваемые в фазные обмотки, отодвинуты друг от друга во времени на 1/3 периода.

Токи в трехфазной обмотке

Рис. 1

Получение вращающегося магнитного поля

Используя график изменения трехфазного тока, проставим на нем несколько отметок времени: t_l, t₂, t₃ … t_n. Наиболее удобными будут отметки, когда один из графиков пересекает ось времени.

Теперь рассмотрим электромагнитное состояние обмоток статора в каждые из принятых, моментов времени. Рассмотрим вначале точку t₁. Ток в фазе А равен нулю, в фазе С он будет положительным — (+), а в фазе В — отрицательным (·) (рис. 2, позиция а).

Электромагнитные состояния трехфазной обмотки статора

Рис. 2

Поскольку каждая фазная обмотка имеет замкнутую форму, то конец фазной обмотки В-У будет иметь противоположный знак, т.е. У — (+), а конец Z обмотки C-Z — (·).

Известно, что вокруг проводника с током всегда образуется магнитное поле. Направление его определяется правилом правоходового винта («буравчика»).

Проведем силовую магнитную линию вокруг проводников С и У и, соответственно, В и Z (смотри штриховые линии на рисунке 2, a). Рассмотрим теперь момент времени t₂. В это время тока в фазе В не будет. В проводнике А фазы А-Х он будет иметь знак (+), а в проводнике С фазы C-Z он будет иметь знак (·). Теперь проставим знаки: в проводнике Х — (·), а в проводнике Z — (+).

Проведем силовые линии магнитного поля в момент времени t₂ (рис. 2, б). Заметим при этом, что вектор  совершил поворот. Аналогичным образом проведем анализ электромагнитного состояния в фазных обмотках статора в момент времени t₃,…t_n (рис. 2, б, в, г, д).

Из рисунка 2 наглядно видно, что магнитное поле в обмотках и его поток Ф совершают круговое вращение. Частота вращения магнитного поля статора определяется следующей формулой:

где f — частота тока питающей сети, Гц; p — число пар полюсов.

Почему в трехфазных АД магнитное поле вращается, а в трехфазном транс-

форматоре пульсирует?

Т. к в статоре двигателя обмотки специально так расположены, чтобы магнитное поле вращалось и, в конечном счете, вращало ротор. А в траснформаторе не нужно получать какое-нибудь движение, нужно преобразовать переменное напряжение.

Что называется скольжением? Указать диапазон номинальных скольжений

АД.

Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n₁ магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n₂, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n₂ ротора относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины s_кр - критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Для характеристики отставания частоты вращения ротора двигателя от частоты вращения магнитного поля служит скольжение, его выражают в относительных единицах или процентах:

s = (n₁— n) /n₁ или s = [(n₁— n) /n₁] 100% (81)

Если, например, четырехполюсный двигатель имеет s = 4%, то частота вращения его ротора равна 1440 об/мин (частота вращения поля при частоте 50 Гц составляет 1500 об/мин, а отставание ротора от частоты поля равно 4 % от 1500 об/мин, т. е. 60 об/мин). В двухполюсном двигателе при s = 4% частота вращения ротора составляет 2880 об/мин (3000—0,04*3000 = 2880).

Частота вращения ротора, выраженная через скольжение,

n = n₁(1 – s) (82) http://treugoma.ru/machines/princip-deistvia-trehfaznogo-as-dvigatela/ тут формулы всякие..ну мало ли

Как изменится ток по величине и фазе при увеличении скольжения?

Для тока ротора в общем случае можно получить такое соотношение:

.

Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС.

Как изменится частота ЭДС ротора при изменении скольжения?

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Пусть при f=50Гц, номинальное скольжение S_н=2%. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f₂=f×S_н=1Гц.

Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.

PS ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Почему при изменении частоты вращения ротора его магнитное поле остается неподвижным относительно магнитного поля статора?

Обмотка ротора при нагрузке также создаёт вращающееся магнитное поле, т.к. стержни (фазы) смещены в пространстве друг относительно друга на угол, равный временному углу сдвига токов в них. Это поле вращается относительно ротора с частотой

а так как сам ротор вращается с частотой , то поле ротора в пространстве вращается с частотой

таким образом, поля, созданные первичной и вторичной обмотками неподвижны относительно друг друга. Результирующее поле в зазоре создаётся геометрической суммой м.д.с. обмоток

,

которая почти не зависит от нагрузки и определяется, по существу, напряжением обмоток статора.

Изменится ли основной магнитный поток при изменении скольжения от 1,0 до 0?

М = С Фm I2 cos2, Следовательно, при небольших скольжениях (примерно до 20%), когда SX мало по сравнению с R2, увеличение скольжения вызывает повышение вращающего момента, так как при этом возрастает активная составляющая тока в роторе (I2cos2)., Поток тоже увеличится  При больших скольжениях (SX>R2) увеличение скольжения будет вызывать уменьшение вращающего момента. Тут поток уменьшится

Как определить синхронную скорость и число пар полюсов исследуемого АД

по паспортным данным?

На заводском щитке двигателя указана скорость вращения n = 730 об/мин. Требуется определить число пар полюсов его обмотки, если частота питающего тока f = 50 гц.  Согласно формуле (3) для числа пар полюсов можно написать приближенно:

Так как число пар полюсов может быть только целым, то ясно, что оно равно здесь

т. е. машина восьмиполюсная с синхронной скоростью

и номинальным скольжением

Для чего сердечники статора и ротора выполняют шихтованными?

потери на вихревые токи

В процессе работы электрических машин- эл. двигатели, трансформаторы.. . возникают так называемые токи Фуко или Вихревые токи. Почему?? ? При работе эл. машины, силовые линии пронизывают магнитопровод, и по закону электро магнитной индукции наводят в магнитопроводе сви тик, которые и называются Вихревыми или токами Фуко. А так как сопротивление шихтованного магнитопровода велико, то и токи Фуко будут МАЛЫ и приведут к повышению КПД!

Так что, если не применять шихтованный сердечник- якорь, ротор- статор двигателя или магнитопровод трансформатора, то там наведутся токи Фуко и он просто выйдет из строя!

На принципе этого явления есть плавильные печи- Тигельная печь. Т. е имеется катушка индуктивности намотанная на тигеле- высокотемпературном диэлектрическом материале с углублением по середине. Туда помещают металл и при подаче напряжения на катушку индуктивности- обмотку, в том металле который в тигеле возникают дико большие токи и он плавится.

А если не применить шихтованный сердечник в двигателе, будет низкий КПД допустим ну и вообще он работат ьне будет!

Для частота f=50 Гц толцина отдельных пластин изготовленных из жлектротехнической стали равна 0,35...0,5 мм. Для частоты f=400 Гц толщина 0,05...0,15мм.

Записать уравнения электрического состояния АД и объяснить их.

Уравнение электрического состояния первичной обмотки:

,

где U₁ – комплекс напряжения на первичной обмотке;

Е₁ – комплекс ЭДС первичной обмотки;

I₁ – комплекс тока первичной обмотки;

r₁ – резистивное сопротивление первичной обмотки;

X₁ – индуктивное сопротивление рассеивания первичной обмотки.

 

Уравнение электрического состояния вторичной обмотки:

,

где U₂ – комплекс напряжения на вторичной обмотке;

Е₂ – комплекс ЭДС вторичной обмотки;

I₂ – комплекс тока вторичной обмотки;

r₂ – резистивное сопротивление вторичной обмотки;

X₂ – индуктивное сопротивление рассеивания вторичной обмотки.

Напряжение U₁, приложенное к фазе обмотки статора, уравновешивается основной ЭДС E₁, ЭДС рассеяния и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки статора:

В роторной обмотке аналогичное уравнение будет иметь вид:

Но так как роторная обмотка замкнута, то напряжение U₂=0, и если учесть еще, что E_2s=SE₂ и x_2s=Sx₂ , то уравнение можно переписать в виде:

Уравнение токов асинхронного двигателя повторяет аналогичное уравнение трансформатора:

, где