АД6

1.В чем особенность устройства асинхронных двигателей с фазным ротором?

Одной из разновидностей асинхронного двигателя является двигатель с фазным ротором. На практике данный двигатель довольно часто применяется, благодаря улучшенным пусковым свойствам и характеристикам.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Как и у АД с короткозамкнутым ротором, сердечник его статора набирается из листов электротехнической стали, а затем спрессовывается. В пазы сердечника укладываются фазные обмотки, концы которых затем выводятся в коробку, расположенную на корпусе двигателя.

Отличие заключается в роторе двигателя. Он также как и статор набирается из листов стали, спрессовывается и в него набирается фазная обмотка. Причем число фаз ротора равно числу фаз статора, в то время как у короткозамкнутого, каждый стержень “беличьей клетки” образует отдельную фазу. Отсюда название – фазный ротор.

Концы фаз фазного ротора соединяются с контактными кольцами, которые расположены на валу ротора. В свою очередь, контактные кольца соприкасаются с графитовыми щетками, которые имеют выводы в коробку на корпусе, для возможности подключения дополнительного сопротивления. Это сопротивление в цепи ротора оказывает влияние на токи, протекающие в нем, а как следствие на его характеристики. При увеличении сопротивления цепи ротора, механическая характеристика становится более мягкой.

Влияние сопротивления сказывается и на пуске двигателя, а именно добавочное сопротивление позволяет осуществить более мягкий пуск, снизить пусковые токи и моменты и как следствие, снизить удары в механической части привода в момент пуска.

Как правило, используют переменное сопротивление, которое уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Так как зачастую оно представляет из себя ступенчатый реостат, то и пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато.

Для увеличения КПД двигателя и сохранения целостности щеток в конструкции двигателя предусматривается специальное щеткоснимательное устройство, которое убирает щетки после пуска. КПД повышается за счет того что, на щетках падает часть напряжения.

Таким образом, преимуществом асинхронного двигателя с фазным ротором является возможность пуска под нагрузкой, но недостатком является более сложная конструкция, а также его дороговизна по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнытый кроме того, является более простым и надежным, не требует дополнительных устройств.

2) Как осуществляется пуск двигателя с фазным ротором в условиях лаборатории?

В отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, у асинхронных двигателей с фазным ротором обмотка ротора подключена к контактным кольцам, расположенным на валу (рис. 2.20). Через контактные кольца к обмотке ротора подключается пусковой реостат (ПР), представляющий собой трехфазное активное сопротивление. В первый момент пуска когда n2 = 0, сопротивление пускового реостата максимально, что позволяет ограничить пусковой ток и увеличить пусковой момент, что наглядно видно на графиках (рис. 2.21). Постепенно сопротивление пускового реостата уменьшают и режимы работы асинхронного двигателя переходят с характеристики 4 на характеристику 1. В конце пуска пусковой реостат полностью отключают, обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель работает по естественной моментной характеристике 1 в точке Р. Таким образом с помощью пускового реостата можно существенно увеличить пусковой момент и ограничить пусковой ток. На рис. 2.22 показан характер изменения тока статора асинхронного двигателя с фазным ротором и частоты вращения его ротора при пуске в ход рассматриваемым способом. Недостатком данного способа пуска является его относительная сложность, а также сложность конструкции и дороговизного двигателя с фазным ротором.

Начертить графики механических характеристик при пуске АД при наличии в цепи ротора пускового реостата r_д = var. Пояснить пуск АД в данном случае.

!!!!!

Рис. 5.27.  Схема прямого пуска асинхронного двигателя  (а)

 и графики изменения моментов и тока (б)

Почему не допускается включение в сеть АД с разомкнутым фазным ротором?

Включать в сеть и выключать из сети двигатели с разомкнутым фазным ротором не допускается, так как при включении наблюдаются большие всплески пускового тока, а при выключении в обмотках статора и ротора возникают опасные для изоляции обмоток перенапряжения. Вследствие этого пусковые реостаты к этим двигателям не имеют холостых контактов и цепь ротора всегда замкнута.

Почему АД не достигнет n ном, если в цепи ротора установить два пусковых реостата?

Почему при установке в цепи ротора реакторов последовательно с r_д процесс пуска идет более плавно?

7) Почему при установке в цепи ротора реакторов параллельно rд в процессе пуска М_п и Iп почти не изменяются?

8) Объяснить порядок построения упрощенной круговой диаграммы.

По результатам исследований двигателя в режиме холостого хода и короткого замыкания необходимо построить круговую диаграмму и, используя круговую диаграмму, определить рабочие характери- стики асинхронного двигателя.

Для построения круговой диаграммы по данным холостого хода и короткого замыкания следует определить значения углов φ0 и φк

Круговая диаграмма строится при номинальном напряжении. По- этому необходимо найти установившийся ток кз, соответствующий номинальному напряжению

По вертикальной линии откладывают вектор приложенного на- пряжения U1 , от точки О откладывают в выбранном масштабе mi век- торы токов I0 и Iкд и устанавливают положение точек А и К (рис. 2.12). Соединяют точки А и К прямой АК и восстанавливают из ее середины перпендикуляр Н1О1 до пересечения с линией АД, находят О1 – центр окружности токов. Радиусом, равным АО1, проводят окружность.

Итак, построена упрощенная круговая диаграмма асинхронно- го двигателя.

Характерные линии на круговой диаграмме:

АК – линия полезной мощности Р2 на валу двигателя; Ох (ось абсцисс) – линия подводимой мощности Р1;

АТ – линия электромагнитной мощности РЭМ.

При построении линии электромагнитной мощности АТ потери в обмотке статора и ротора следует принять

равными, т. е. принять равными отрезки КК2 = К2 К1.

3. Методика определения основных величин для построения ра-

бочих характеристик двигателя по круговой диаграмме

Методика определения основных величин приведена ниже на примере одной точки (точка В на рис. 2.13,

2.14).

Определение токов статора и ротора

Определение токов статора и ротора

Величина тока статора I1 определяется расстоянием от данной точки В до точки О (рис. 2.13)

I1В= ОВ mi.

Величина приведенного тока ротора I'2 определяется расстояни- ем от данной точки В до точки А

I'2 = АВ mi.

Определение мощностей, потерь и моментов

Для определения мощностей по круговой диаграмме рассчиты- вают масштаб мощности, вт/мм

mp = 3U1ф mi,

а для определения моментов – масштаб моментов, Нм/мм

mм = mp /ω = mp p/2π f1,

где p – число пар полюсов двигателя;

U1фн – номинальное фазное напряжение;

f1– частота сети.

Затем из точки В на круговой диаграмме опускается перпендику- ляр на линию потребляемой мощности Ох

и определяются:

1. Мощность, подводимая к двигателю из сети

Р1 = ВС · mp .

2. Электромагнитная мощность

Рэм = ВF · mp .

3. Полезная мощность на валу двигателя

Р2 = ВН · mp.

4. Мощность (потери) холостого хода

ΔР0 = EC · mp.

5. Электрические потери в обмотке ротора

ΔРэ2 = ΔРэм – Р2 = HF · mp.

6. Электрические потери в обмотке статора

ΔРэ1 = FЕ · mp.

7. Момент на валу двигателя

М = ВF · mм .

9) Как определить перегрузочную способность двигателя по круговой диаграмме?

Перегрузочная способность – отношение максимального момен- та двигателя к его номинальному моменту. Для определения макси- мального момента из точки O₁ – середины линии АD (рис. 2.13) вос- станавливается перпендикуляр к линии электромагнитной мощности Р_эм до пересечения с окружностью в точке G. Из этой точки опуска- ется перпендикуляр на линию Р₁ (Ох) и определяется максималь- ный момент

М_max = GG₁ m_м.

Если номинальный режим на круговой диаграмме соответству- ет точке N, тогда кратность максимальног грузочная способность) соответственно будет равна

К_м = М_max/ М_н = GG₁ / NN₁.

Используя вышеизложенную методику определения параметров двигателя, по круговой диаграмме определяют рабочие характеристи- ки двигателя в диапазоне изменения тока статора от I₀ до 1,2 I_Н. Для этого в указанном диапазоне изменения тока выбирают 5-6 проме- жуточных точек (рис. 2.15) и для каждой из них находят тры

I₁, P₁, P₂, η, s, cos φ₁, n₂, M₂. Результаты заносят в табл. 3.