Асинхронный двигатель. (Лекция 4)

1.

АСИНХРОННЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ
(АД)

2. Номинальные данные АД на табличке корпуса: 1. Номинальная мощность – это номинальная механическая мощность на валу. 2. Линейное

3. 4. Частота вращения ротора. 5. Коэффициент мощности. 6. Коэффициент полезного действия

4. Электромагнитные процессы в асинхронном двигателе аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Обмотку статора

5. АД при заторможенном роторе Вращающееся магнитное поле статора, пересекая неподвижные обмотки статора и ротора, будет

E1 4, 44 f1 w1kо1Фm
E2 4, 44 f1 w2 kо2 Фm

6. Ток холостого хода IO АД из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе

7. Реактивная составляющая тока Iо является намагничивающей, так как она создает поток Ф. Активная составляющая Iоа вызывается

8.

Векторная
диаграмма
АД при
нагрузке

9. Для уменьшения тока холостого хода заводы-изготовители стремятся выполнить в асинхронных двигателях минимально возможные

10. Асинхронный двигатель при вращающемся роторе: Вращающийся магнитный поток статора, обгоняя ротор, индуктирует в нем ЭДС и токи

E2 S E2 s
x2S 2πf1 L2 s x2 s

11. Ток вращающегося ротора

I2S
E2 S
r2 x2 S
2
2

12. Основные уравнения приведенного АД

Уравнение равновесия
напряжений в обмотке статора
U1 E1 I 1 z 1

13. Уравнение равновесия напряжений в обмотке ротора

E2 I 2 z 2 I 2 r2
1 s
s
Приведение роторной обмотки
осуществляется к числу витков и
числу фаз статорной
I 1 I 0 I 2

14. Схемы замещения АД Для расчета характеристик АД и исследования различных режимов его работы удобно использовать схемы замещения

15. Большое практическое применение для анализа работы АД находит Г-образной схемой замещения

б)
'
I1
r1
x1 ( I 2 )
r2
x2
r1
x1
U1
I0
rm
xm
Погрешность
в расчете
не превышает
1–5 %
r2
1 s
s

16. Обозначения: r1 и x1– активное и индуктивное сопротивления фазной обмотки статора; – приведенные активное и индуктивное

r2 и x2

17. параметры намагничивающей ветви схемы. Индуктивная составляющая является индуктивным сопротивлением взаимной индукции. Как и в

zm rm jxm
xm

18. Сопротивление _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ зависит от скольжения, и мощность, выделяемая в нем, численно равна механической мощности

1 s
r2
s

19.

Из Г-образной схемы замещения
приведенный ток роторной обмотки
I 2
U1
r r / s x
2
1
2
x
1
2
2

20. Энергетическая диаграмма АД

P2
Pмех
Pэм
P1
ΔPм1
ΔPэл1
ΔPэл2
ΔPмех
ΔPдоб

21. К АД из сети подводится активная мощность

P1 3 U1л I1л cos 1
Часть этой мощности затрачивается
на магнитные потери в стали ΔРм1 и
электрические потери в обмотке
статора ΔРэл1
2
ЭЛ1
1ф 1
P
=I
r

22. Остальная мощность электромагнитным путем передается на ротор и называется электромагнитной мощностью

Рэм= Р1 – ΔРм1 – ΔРэл1
Частично Рэм расходуется на потери в
обмотке ротора ΔРэл2
Pэл2 3I 2Ф r2
2

23. Магнитные потери в роторе из-за малой частоты перемагничивания стали (0,5...2)Гц малы, и поэтому их не учитывают.

24. Добавочные потери ΔРдоб связаны с высшими гармониками МДС в магнитном поле из-за зубчатого строения статора и ротора. ΔРдоб

25.

КПД асинхронного двигателя:
η P2 / P1 ,
или
P1 P
η
P
1
где
P Pм1 Pэл1 Pэл2 Pмех Pдоб

26. КПД асинхронных двигателей достаточно высокий – от 0,7 до 0,95, причем КПД увеличивается с повышением мощности двигателя и с

27.

КПД асинхронного двигателя:
η P2 / P1 ,
или
P1 P
η
P
1
где
P Pм1 Pэл1 Pэл2 Pмех Pдоб

28. Реверс – это изменение направления вращения ротора. Необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора, что в

Реверс

29.

30.

31.

32.

33.

Рассчитать механическую
характеристику можно по
паспортным данным АД с
помощью формул М. Клосса:
2 М макс
М
,
s sкр
sкр s
n 2 n1 1 s .

34. Пусковые свойства двигателя характеризуются кратностью пускового момента Перегрузочная способность двигателя оценивается

kп M п / M н , kп 0,9...1,5.
M макс
kм
,
Mн
kм 1,7...3,4

35.

Критическое скольжение
r2
при sкр
x1 x2
Максимальный момент
2
M макс
3 U1
2 1 x1 x2

36. Зависимость М = f(s)

Генератор
n1
M
n2 M
макс
Mн
-Sкр
Электромагнитны
тормоз
Двигатель
2
1
0 Sн
n2
n1
n2
3
Sкр
-Mмакс
+1
Mп
+S
n1

37. Максимальный момент не зависит от активного сопротивления обмотки ротора , однако это сопротивление оказывает влияние на

2
M макс
3 U1
2 1 x1 x2
r2
r2
sкр
x1 x2

38. Для двигателей с фазным ротором при пуске (s = 1) в цепь ротора включается пусковой реостат, чтобы двигатель развивал пусковой

r2 rпуск
sкр
1,
x1 x2
x1 x2 r2 ,
rпуск

39.

Зависимости М = f(s)
при различных значениях
сопротивления пускового реостата

40. Зависимость М ≡ U12 является недостатком АД. Например, если U1 понизится на 25%, т. е. U1 = 0,75U1н, то при этом кратность

41. Рабочие характеристики асинхронного двигателя При изменении нагрузки двигателя происходит изменение тока I1, мощности P1,

42. Схема для определения характеристик АД Метод непосредствен-ной нагрузки

V
W2
W1
A
АД
Т

43. Примерный вид рабочих характеристик АД

I1; P1; η;
cosφ1;
n2; s; M2
cosφ1
n2
M2
P1
η
I1
P10
I10
cosφ10
s
0
P2

44. При холостом ходе (P2=0 и M2=0) ток I1 равен току холостого хода I0. Как и в трансформаторе, этот ток является намагничивающим

45. Мощность P10 при холостом ходе расходуется на потери внутри машины: -механические потери ∆Pмех, -магнитные потери в стали

46. Увеличение момента M2 сопровождается увеличением тока ротора I2, что связано с увеличением ЭДС E2S вследствие снижения частоты

47. Пуск в ход АД n=0 В момент пуска ротор неподвижен и в роторе индуктируется большая ЭДС, следовательно, протекает большой

U1 сE nФ I 1 z 1

48. При пуске должны удовлетворяться требования: - пуск должен быть простым; - пусковой момент должен быть достаточно большим; -

49. Практически используют следующие способы пуска: 1. Включение обмотки статора в сеть (прямой пуск); 2. Понижение напряжения,

50. Применяют для пуска АД с короткозамкнутым ротором. Если МП < МС, то двигатель разогнаться не сможет. Недостаток прямого пуска-

1. Прямой пуск

51. Для АД с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6–100 кВт: kп = Mп/Mн = 1,0...2,0; 100–1000 кВт: kп = 0,7...1,0.

Пусковой момент
Mп
3 U1 r2
2
1 r1 r2 x1 x2
2
2
.

52. Пуск при пониженном напряжении. Для АД с КЗР большой мощности. Понижение напряжения выполняют путем переключения обмотки

53. Пуск при пониженном напряжении. Для АД с КЗР

с помощью
с помощью автотрансформатора
реактора
(снижение момента (дороже)
в квадрате)

54.

~U1
Y
Пуск
П
Δ
Работа
С2
С4
С1
С5
С6
С3

55. При включении обмотки статора по схеме Y линейные токи уменьшаются в 3 раза по сравнению с пуском по схеме ∆. По окончанию

56. Механические характеристики при включении обмотки статора АД по схемам Y и ∆

57. Недостаток: пусковой и вращающий моменты двигателя, пропорциональные квадрату напряжения сети, уменьшаются в 3 раза.

58. Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Применяют только для пуска АД с фазным ротором. Пусковой реостат имеет три – шесть

59.

б)
a)
Mc
n2
Р 1
~U1
2
3
4
K
n1
П
0
K1
M
M п мин
Mп макс
K1
rдоб1
в)
K2
n2 , I1
K2
rдоб2
K3
I1
I1 макс
rдоб3
I1 мин
K3
n2
0
t

60. Включение сопротивления уменьшает пусковой ток двигателя

I 2 U 1
r r r x
2
1
2
пуск
x
1
2
2

61. Увеличение Mп за счет включения пускового реостата в цепь ротора при пуске двигателя может быть объяснено рисунком

M = см m I 2 cos 2
U1
При пуске
уменьшается ток
статора и угол ψ2,
ψ 2
I 2
ψ2
что приводит к
росту момента M.

62. Недостаток пуска АД с фазным ротором – сложность. Кроме того, АД с ФР имеют худшие рабочие характеристики, чем АД с КЗР (кривые

63. Недостаток пуска АД с фазным ротором – сложность. Кроме того, АД с ФР имеют худшие рабочие характеристики, чем АД с КЗР (кривые

64. Из формулы следует, что частоту вращения можно регулировать изменяя : 1.- частоту f1 напряжения, 2.- число пар полюсов p; 3.-

Регулирование частоты
вращения АД
60 f1
1 s
n2
p

65. В качестве источника изменения частоты применяются полупроводниковые преобразователи частоты

Частотное регулирование
~U1
ПЧ

66.

Область применения: насосы,
лифты , компрессоры,
экструдеры, вентиляторы,
станки

67.

68. 1-2,5 кВт 180-200 $

69. изменением частоты f1 питающего напряжения!!!

70.

71.

72. Структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока компаний Omron и Yaskawa

73.

Широтно-импульсная модуляция

74.

75.

Надежность частотных
преобразователей Omron

76. При частотном регулировании одновременно с изменением частоты f1 приходится изменять и подводимое напряжение U1

2
1
макс
1
2
1
Для неизменного максимального момента
M
U
k
f
U 1(1) f1(1) U 1(2) f1(2) сonst

77. При этом основной магнитный поток машины при различных значениях частоты f1 остается неизменным

U1
1
m
сonst.
4, 44 w1 k01 f1

78.

Механические характеристики АД
при частотном регулировании Mмакс = const

79. 2) переключением числа пар полюсов p

80. Многоскоростные АД применяют для электропривода станков и лифтовых асинхронных двигателей.

81. Асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов называют многоскоростными. Они выпускаются на две, три и четыре частоты

82. Из всех способов регулирования способ переключения числа пар полюсов наиболее экономичный, хотя и он имеет недостатки: –большие

83.

Регулирование частоты вращения
изменением числа пар полюсов

84. Механические характеристики АД при частотном регулировании

n2
f1(1)
f1(2) < f1(1)
f1(3) < f1(2)
f1(4) < f1(3)
0
Mмакс
M

85. Мех. характеристики двухскоростного двигателя с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1

а)
б)
n2
0
n2
p
p
2p
2p
M
0
M

86. Данный способ регулирования частоты вращения применяется только для АД с короткозамкнутым ротором.

87. Регулирование частоты вращения АД путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления. Применяется только в АД с

88. Регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительный режим работы.

n2
rдоб=0
rдоб1
rдоб2>rдоб1
rдоб3>rдоб2
0
Mс
M

89. Недостатком этого способа являются большие потери энергии в добавочных сопротивлениях. На практике данный способ применяется

90. Используются в вентиляторах, компрессоров холодильников, приводов барабанов стиральных машин, и другой бытовой техники ,

Однофазные АД

91. Однофазные АД

92. Используются в вентиляторах, компрессоров холодильников, приводов барабанов стиральных машин, и другой бытовой техники ,

Однофазные АД

93.

94.

Центробежный переключатель
подключает пусковую обмотку
двигателя перед пуском и
отключает после окончания пуска

95. В однофазном АД обмотка статора создает неподвижный поток, изменяющийся во времени, а не круговой вращающийся, как в трехфазных

96. Неподвижный пульсирующий магнитный поток представляется суммой двух круговых вращающихся полей, имеющих одинаковые частоты

Bx 0,5 Bm sin(ωt π x / τ)
0,5 Bm sin(ωt π x / τ),

97. Разложение пульсирующего поля на два вращающихся

Ф
n1
Ф1
Ф2
Ф
n1 n1
Ф1
n1
n1
n1
Ф=0
Ф2
Ф1
Ф2
Ф1
n1
Ф2
Ф
n1

98.

Mпр
Mрез
2
1
0
0
Sобр
2
Mобр
Зависимости М = f(s) от прямого и
обратного вращающихся полей
Sп

99. Моменты Mпр и Mобр направлены в противоположные стороны, а результирующий момент однофазного двигателя Mрез равен разности

Mпр
Mрез
2
1
0
0
Sобр
2
Mобр
Sпр

100. Однофазный АД не имеет пускового момента; он будет вращаться в ту сторону, в которую будет приведен внешней силой; рабочие

101.

Чтобы получить пусковой момент,
однофазные АД снабжают пусковой
обмоткой (ПО), расположенной со
сдвигом на 90 эл. градусов относительно
б)
а)
рабочей обмотки
(РО).
~U1
PO
C
ПО

102.

Пусковой конденсатор

103. Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют

104. Недостатком его является сравнительно большая масса и габариты конденсатора.

~U1
A
Cр
B
Cп

105. Ограничения при их применении: - однофазные АД нельзя использовать в режиме холостого хода - при малых нагрузках АД сильно

106. Асинхронная машина в режиме генератора Для самовозбуждения генератора должны выполняться следующие условия: 1 наличие

107. Самовозбуждение асинхронного генератора

Нагрузка
U1
U1хх
С
С
С
Eост
АГ
М
0
I с1
Iс2
Iс
Процесс
Схема включения
в генерат. режим самовозбуждения

108. Недостатки асинхр. генератора: – необх. конденсаторные батареи; – проблемы при работе на индуктивную нагрузку; – сложная связь

109. Электромагнитное торможение: 1 Торможение противовключением. Если у АД поменять местами любую пару подходящих к статору из сети

110.

A
B
C
FU1...FU3
FU4
FU5
KK
SB1c
SB2.1н
SB3.2в
KM 1в
KM 2.5
KM 1.1 … KM 1.3
KM 1.4
Л1
Л2
С1
С2
Л3
С3
KK2
KK1
M
Л1
Л2
Л3
С1
KM 2.1 …
KM 2.3
С2 С3
SB3.1в
SB2.2н
KM 2н
KM 1.5
KM 2.4
СХЕМА
реверсивного включения асинхронного двигат
с короткозамкнутым ротором принципиальн
монтажная

111. Динамическое торможение реализуется отключением обмотки статора от сети переменного тока и включением на постоянное напряжение

А
B
C
+

112. Достоинство - возможность регулировать момент торможения и точно остановить. Применяетсяв подъёмно-транспортных машинах, в

113. Подключение трехфазного АД в режиме однофазного

Схемы включения
4800 I1
Cр
,
U1
70-80 %
2800 I1
мощности
Cр
.
U
1
трехфазного АД
40 % мощности
из-за эллиптитрехфазного АД
ческого поля