Принцип действия асинхронного двигателя

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АД С ФАЗНЫМ РОТОРОМ.

Цель работы: Определить влияние величины сопротивления в цепи фазного ротора на чистоту фазного ротора.

Теоретические положения

. Устройство асинхронной машины

Обмотка статора 2 представляет собой трехфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещены равномерно по окружности статора.

Рисунок. 5.1 - Электромагнитная схема асинхронной машины

Фазы обмотки статора , и соединяют в звезду или треугольник и Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. По конструкции двигатели подразделяют на два основных типа: с фазным ротором (их иногда называют двигателями с контактными кольцами) и с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь формой выполнения ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором. На статоре расположена трехфазная обмотка (одно- или двухслойная), которая при подключении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде "беличьей клетки". Такая обмотка является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет. Беличья клетка состоит из медных или алюминиевых стержней, замк­нутых накоротко с торцов двумя кольцами Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции.. В двигателях боль­шой мощности беличью клетку выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца В двигателях малой и средней мощности бе­личью клетку получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сер­дечника ротора Вместе со стержнями беличьей клетки отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машин. Особенно пригоден для этой цели алюминий, так как он обладает малым удельным весом, легко­плавкостью и достаточно высокой электропроводностью.

Рисунок. 5.2 - Конструкция короткозамкнутого ротора:

1 – сердечник ротора; 2 – стержни; 3 – короткозамыкающие кольца; 4 – лопасти вентилятора.

В электрическом отношении беличья клетка представляет собой многофазную об­мотку, соединенную звездой и замкнутую накоротко.

Число фаз обмотки равно числу пазов ротора , причем в каждую фазу вхо­дят один стержень и прилегающие к нему участки короткозамыкающих колец.

Двигатели с фазным ротором обмотка статора выполнена таким же образом, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Об­мотку ротора обычно соединяют звездой, три конца которой выводят к трем контактным кольцам, которые крепятся на валу машины. С помощью металлографических щеток, скользящих по контактным кольцам, в цепь обмотки ротора включают пусковой или пускорегулирующий реостат с целью ограничения пускового тока и увеличения пускового момента.

Рисунок. 5.3 - Асинхронный двигатель с фазным ротором (а), и схема его включения (б):

4 – сердечник ротора, 7 – кольца, 8 – пусковой реостат.

Принцип действия асинхронного двигателя

Электромагнитная схема асинхронной машины отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размешена на неподвижном статоре, а вто­ричная - на вращающемся роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор. При питании трехфазным током обмотки статора создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная) . Если ротор неподвижен или вращается с частотой, меньшей , то вращающееся поле индук­тирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент.

Относительную разность частот вращения маг­нитного поля статорной обмотки и ротора называют скольжением:

.

Скольжение часто выражают в процентах:

.

Очевидно, что при двигательном режиме:

.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и ак­тивной составляющей тока ротора, т.е. асинх­ронная машина перейдет в генераторный режим При этом изменит свое направление и магнитный момент , который станет тормозящим. В данном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть. В генераторном режиме .

Если изменить направление вращения рото­ра (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противопо­ложных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в провод­никах ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина бу­дет получать из сети активную мощность. Однако в таком режиме электромагнитный момент направлен против вращения ротора, т.е. является тормозящим. Этот режим ра­боты асинхронной машины называют электромагнитным торможением. В режиме электро­магнитного торможения направление вращения ротора является отрицательным (по отно­шению к направлению магнитного поля, поэтому , а .

На практике чаще всего встречается двигательный режим асинхронной машины.

Описание схемы.

Асинхронный двигатель М получает питание от источника переменного3-х фазного тока “G1” через трансформаторную группу “А2”и автомат “А6”. В цепь ротора АД введено пускорегулировочное сопротивление- блок “А9”. В качестве нагрузочного узла применяется генератор постоянного тока независимого возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание от регулируемого источники питания “G2”. В качестве нагрузочного сопротивления в цепи якоря генератора применяется блок “A10”. Для контроля тока и напряжения в цепи якоря применяется амперметр А2 и вольтметр V2; для контроля тока в цепи статора применяется амперметр “A1”, для контроля мощности – измеритель мощности “P2”. Для контроля скорости применяется прибор “n”- Р5 и датчик скорости “B”.

Испытуемый двигатель, генератор и тахогенератор находятся на одном валу.

Данные по аппаратуре приведены в таблице 5.1.

Перечень аппараты.

Таблица 5.1

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	~ 400 В / 16 А
G2	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	- 0…250 В / 3 А (якорь) / - 200 В / 1 А (возбуждение)
G4	Нагрузочный генератор	101.2	90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
G5	Преобразователь угловых перемещений - датчик частоты вращения		6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
М1	Асинхронный Двигатель	102.1	100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-
А2	Трёхфазная трансформаторная группа	347.1	3´80 В×А; 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
А6	Трехполюсный выключатель	301.1	~ 400 В / 10 А
А9	Реостат для цепи ротора машины переменного тока	307.1	3 ´ 0…40 Ом / 1 А
А10	Активная нагрузка	306.1	220 В / 3´0…50 Вт;
Р1	Нагрузочные сопротивления - Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0...1000 В / 0...10 А / 0…20 МОм
Р2	Измеритель мощностей	507.2	15; 60; 150; 300; 600 В / 0,05; 0,1; 0,2;0,5 А.
Р3	Указатель частоты вращения	506.2	-2000…0…2000 мин-1

Рисунок 5.11 – Принципиальная схема опытной установки