Дмитрий Левкин
Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.
Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.
Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.
Принцип работы. Вращающееся магнитное поле
Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.
Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.
Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя
Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.
- где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
- f1 – частота переменного тока, Гц,
- p – число пар полюсов
Концепция вращающегося магнитного поля
Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени
Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.
Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени 
Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°) Вращающееся магнитное поле
Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике.
В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике.
Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.
Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током
Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя
По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.
Короткозамкнутый ротор «беличья клетка» наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)
Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться.
На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля.
Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.
Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.
Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора
Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.
Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2
Особенности асинхронного электродвигателя
В современной электроэнергетике почти повсеместно переменный ток вытесняет постоянный. Это объясняется многими преимуществами машин переменного тока в сравнении с машинами постоянного тока. В частности, у машин переменного тока вес, габариты и стоимость меньше, а к. п. д.
выше; они проще в обслуживании, долговечнее и надежнее машин постоянного тока. Правда, электродвигатели переменного тока хуже поддаются регулировке, они развивают значительно меньшие пусковые моменты.
Поэтому, если от электродвигателей требуются высокие регулировочные качества и повышенные пусковые моменты, применяют электродвигатели постоянного тока.
Привод механизмов портовых подъемно-транспортных машин чаще всего осуществляется асинхронными электродвигателями трехфазного переменного тока, получившими наибольшее распространение в электроэнергетике.
Зависимости от исполнения ротора, различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (с контактными кольцами).
Принципиальная схема включения этих электродвигателей приведена на рис. 40..
Из курса электротехники известно, что принцип действия асинхронных электродвигателей основан на использовании так называемого вращающегося магнитного поля. При подаче трехфазного тока в обмотке статора создается магнитное поле, вращающееся со скоростью
где f— частота тока в обмотке статора;
р — число пар полюсов обмотки статора.
Эта скорость называется синхронной. Магнитное поле статора, (пересекая обмотку ротора, наводит в ней э. д. с., которая создает в цепи ротора ток.
Последний, взаимодействуя с магнитным полем статора, образует вращающий момент, заставляющий ротор вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора.
При нормальной работе асинхронного электродвигателя его ротор вращается со скоростью п21, так как в выражение (81) величину п2 нужно подставить с отрицательным знаком. Такой режим называется режимом противовключения.
Таким образом, теоретически скольжение асинхронного электродвигателя может изменяться в пределах от —? до + ?. Практически же скольжение асинхронного электродвигателя при работе последнего в двигательном и тормозных режима« изменяется в пределах от —2 до +2.
Из курса электрических машин известно, что для асинхронного электродвигателя может быть составлена схема замещения, с помощью которой производится анализ работы электродвигателя и исследуются режимы его работы. На рис. 41 приведена упрощенная схема замещения асинхронного электродвигателя, в которой приняты следующие обозначения:
- U1 — фазное напряжение обмотки статора, в;
- I1 — фазный ток обмотки статора, а;
- I0 — фазный ток холостого хода электродвигателя, а;
- I2 — приведенный фазный ток обмотки ротора, а;
- r1 и х1 — активное и индуктивное сопротивления фазы обмотки статора, ом;
- r2’ и х2‘ — приведенные активное и индуктивное сопротивления фазы обмотки ротора, ом.
- Для приведенных величин могут быть выведены следующие соотношения:
где т1 и т2 — число фаз обмоток статора и ротора;
к = U1н / E2н — коэффициент трансформации э. д. с. (U1н — номинальное фазное напряжение обмотки статора; E2н — фазная э. д. с. обмотки ротора при разомкнутых контактных кольцах).
Мощность Р1 забираемая электродвигателем из сети, определяется напряжением сети U1, током статора I1 зависящим от нагрузки, и коэффициентом мощности cos? т.е.
Мощность на валу электродвигателя зависит от его к. п. д.? и может быть вычислена по формуле
Если пренебречь механическими и вентиляционными потерями, которые незначительны, то можно считать, что механическая мощность асинхронного электродвигателя (мощность на валу) равна, потерям мощности в сопротивлении 
схемы замещения, приведенной на рис. 41, т. е.
- где т2 = т1 — приведенное число фаз обмотки ротора.
- Между токами асинхронного электродвигателя, согласно схеме замещения, существует зависимость
Ток статора асинхронных электродвигателей I1 очень велик даже при отсутствии нагрузки на валу. Это объясняется тем, что намагничивающий ток этих электродвигателей составляет 50—70% номинального тока статора.
Скольжение асинхронного двигателя
Разность скоростей вращения магнитного поля статора и ротора асинхронного мотора характеризуется величиной скольжения s = (n1 — n2) / n2, где n1— синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 — скорость вращения ротора асинхронного мотора, об/мин. При работе с номинальной нагрузкой скольжение обычно не достаточно, так для электродвигателя, к примеру, с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1 460 об/мин, скольжение равно:s = ((1500 — 1460) / 1500 ) х 100 = 2,7%
Асинхронный движок не может достигнуть синхронной скорости вращения даже три отсоединенном механизме, потому что при ней проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в их не будет наводиться ЭДС и не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.
В исходный момент запуска в обмотках ротора протекает ток с частотой сети. По мере ускорения ротора частота тока в нем будет определяться скольжением асинхронного мотора: f2 = s х f1, где f1 — частота тока, подводимого к статору.
Сопротивление ротора находится в зависимости от частоты тока в нем, при этом чем больше частота, тем больше его индуктивное сопротивление. С повышением индуктивного сопротивления ротора возрастает сдвиг фаз меж напряжением и током в обмотках статора.
При пуске асинхронных движков коэффициент мощности потому существенно ниже, чем при обычной работе. Величина тока определяется эквивалентным значением сопротивления электродвигателя и приложенным напряжением.
Величина эквивалентного сопротивления асинхронного мотора с конфигурацией скольжения меняется по сложному закону. При уменьшении скольжения в границах 1 — 0,15 сопротивление возрастает, обычно, менее чем в 1,5 раза, в границах от 0,15 до sном в 5-7 раз по отношению к исходному значению при пуске.
Ток по величине меняется назад пропорционально изменению эквивалентного сопротивления Таким макаром, при пуске до скольжения порядка 0,15 ток опадает некординально, а в предстоящем стремительно миниатюризируется.
Момент вращения электродвигателя определяется величиной магнитного потока, током и угловым сдвигом меж ЭДС и током в роторе. Любая из этих величин в свою очередь находится в зависимости от скольжения, потому для исследования рабочих черт асинхронных движков устанавливается зависимость момента от скольжения и воздействия на него подводимого напряжения и частоты.
Момент вращения может быть также определен по электрической мощности на валу как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и назад пропорциональная квадрату частоты.
Соответствующими значениями момента зависимо от скольжения (либо скорости) являются изначальное значение момента (когда электродвигатель еще неподвижен), наибольшее значение момента (и соответственное ему сколь жение, называемое критичным) и малое значение момента в пределе скоростей от недвижного состояния до номинальной.
Значения момента для номинального напряжения приводятся в каталогах для электронных машин. Познание малого момента нужно при расчете допустимости запуска либо самозапуска механизма с полной нагрузкой механизма. Потому его значение для определенных расчетов должно быть или определено, или получено от завода-поставщика.
Величина наибольшего значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не находится в зависимости от величины сопротивления ротора.
Критичное скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обосновано активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора).
Повышение только активного сопротивления ротора сопровождается повышением критичного скольжения и перемещением максимума момента в область более больших скольжений (наименьшей скорости вращения). Таким методом может быть достигнуто изменение черт моментов.
В асинхронных двигателях с фазным ротором изменение момента при разных скольжениях осуществляется при помощи сопротивления, вводимого в цепь обмотки ротора. В асинхронных движках с короткозамкнутым ротором изменение момента может быть достигнуто за счет внедрения движков с переменными параметрами либо при помощи частотных преобразователей.
Школа для электрика
Об особенностях электродвигателей с повышенным скольжением
Скольжение —это важная характеристика асинхронного электродвигателя, которая определяется как относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Измеряется в относительных единицах и в процентах.
Асинхронные трехфазные двигатели с повышенным скольжением
Двигатели специального назначения с повышенным скольжением строятся на базе унифицированных общепромышленных двигателей, а в маркировку добавляется буква «С» после названия серии (АИРС, АС, 5АС, АДМС, 4АС.). Габаритно-присоединительные размеры двигателей с повышенным скольжением соответствуют аналогичным размерам общепромышленных. Скольжение при номинальной нагрузке у этих электродвигателей выше, чем у базовых, а критическое скольжение составляет около 40%.
 |
 |
 |
Повышенное скольжение достигается двумя способами: занижением индукции путём увеличения витков в обмотке статора или (чаще всего) применением роторной обмотки, усиленной специальным сплавом, имеющим повышенное сопротивление.
Если объяснять очень упрощенно, то чем больше сопротивление обмотки ротора, тем ток в роторе меньше и магнитное поле, создаваемое током в этой обмотке, тоже становится меньше.
Это и обуславливает повышенное скольжение, магнитное поле статора как бы слабее «цепляет» ротор с ослабленным магнитным полем.
Применение двигателей с повышенным скольжением
Главным достоинством агрегатов повышенного скольжения является возможность работать с большими нагрузками, с неравномерной пульсирующей (ударной) нагрузкой, а также в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками и остановками (режимы S2, S3, S4, S6). В таких условиях обычных стандартный двигатель может перегореть, т.к. он предназначен для работы с редкими остановками и пусками. В остальном подобные электродвигатели имеют практически полное сходство со стандартными моделями общепромышленных двигателей.
Электродвигатели с повышенным скольжением используются для привода механизмов с пульсирующей нагрузкой (например, поршневые компрессоры малой мощности) и с ударной нагрузкой (молоты, прессовое оборудование), а также для привода подъемно-транспортных машин.
Скольжение асинхронного двигателя
В результате взаимодействия магнитного поля с токами в роторе асинхронного двигателя создается вращающий электромагнитный момент, стремящийся уравнять скорость вращения магнитного поля статора и ротора.
Разность скоростей вращения магнитного поля статора и ротора асинхронного двигателя характеризуется величиной скольжения s = (n1 — n2)/n1, где n1 — синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 — скорость вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин. При работе с номинальной нагрузкой скольжение обычно мало, так для электродвигателя, например, с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1 460 об/мин, скольжение равно: s = ((1500 — 1460) / 1500) х 100 = 2,7%
Асинхронный двигатель не может достичь синхронной скорости вращения даже три отсоединенном механизме, так как при ней проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в них не будет наводиться ЭДС и не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.
В начальный момент пуска в обмотках ротора протекает ток с частотой сети. По мере ускорения ротора частота тока в нем будет определяться скольжением асинхронного двигателя: f2 = s х f1, где f1 — частота тока, подводимого к статору.
Сопротивление ротора зависит от частоты тока в нем, причем чем больше частота, тем больше его индуктивное сопротивление. С увеличением индуктивного сопротивления ротора увеличивается сдвиг фаз между напряжением и током в обмотках статора.
При пуске асинхронных двигателей коэффициент мощности поэтому значительно ниже, чем при нормальной работе. Величина тока определяется эквивалентным значением сопротивления электродвигателя и приложенным напряжением.
Величина эквивалентного сопротивления асинхронного двигателя с изменением скольжения изменяется по сложному закону. При уменьшении скольжения в пределах 1 — 0,15 сопротивление увеличивается, как правило, не более чем в 1,5 раза, в пределах от 0,15 до sном в 5-7 раз по отношению к начальному значению при пуске.
Ток по величине изменяется обратно пропорционально изменению эквивалентного сопротивления Таким образом, при пуске до скольжения порядка 0,15 ток опадает незначительно, а в дальнейшем быстро уменьшается.
Момент вращения электродвигателя определяется величиной магнитного потока, током и угловым сдвигом между ЭДС и током в роторе. Каждая из этих величин в свою очередь зависит от скольжения, поэтому для исследования рабочих характеристик асинхронных двигателей устанавливается зависимость момента от скольжения и влияния на него подводимого напряжения и частоты.
Момент вращения может быть также определен по электромагнитной мощности на валу как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональная квадрату частоты.
Характерными значениями момента в зависимости от скольжения (или скорости) являются начальное значение момента (когда электродвигатель еще неподвижен), максимальное значение момента (и соответствующее ему сколь жение, называемое критическим) и минимальное значение момента в пределе скоростей от неподвижного состояния до номинальной.
Значения момента для номинального напряжения приводятся в каталогах для электрических машин. Знание минимального момента необходимо при расчете допустимости пуска или самозапуска механизма с полной нагрузкой механизма. Поэтому его значение для конкретных расчетов должно быть либо определено, либо получено от завода-поставщика.
Величина максимального значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не зависит от величины сопротивления ротора.
Зависимость тока и момента от скольжения
Критическое скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обусловлено активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора).
Увеличение только активного сопротивления ротора сопровождается увеличением критического скольжения и перемещением максимума момента в область более высоких скольжений (меньшей скорости вращения). Таким путем может быть достигнуто изменение характеристик моментов.
Изменение скольжения возможно увеличением сопротивления цени ротора или потока. Первый вариант осуществим только для асинхронных двигателей с фазным ротором (от S = 1 до S = Sном), но не экономичен.
Второй вариант осуществим при изменении питающего напряжения, но только в сторону уменьшения. Диапазон регулирования мал, так как S возрастает, но одновременно уменьшается перегрузочная способность асинхронного двигателя.
По экономичности оба варианта, примерно, равноценны.
В асинхронных двигателях с фазным ротором изменение момента при различных скольжениях осуществляется с помощью сопротивления, вводимого в цепь обмотки ротора. В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором изменение момента может быть достигнуто за счет применения двигателей с переменными параметрами или с помощью частотных преобразователей.
Понятие скольжения асинхронного двигателя
Скольжение может изменяться. Это зависит о того, в каком режиме работает электродвигатель, величины напряжения сети и нагрузки на машину. Но что же это за характеристика и от чего она зависит? Разберемся ниже!
Что представляет собой скольжение асинхронной машины
В целом, принцип, по которому происходит работа трехфазного мотора очень прост. К обмотке статора подают напряжение, питающее движок. Благодаря ему появляется магнитный поток, смещенный на 120 градусов в каждой из трех фаз. А тот поток, который носит имя суммирующего будет еще и вращающимся.
Обмотка якоря – замкнутый контур. В ней появляется электродвижущая сила (ЭДС), а магнитный поток, возникающей не без ее помощи, приводит ротор в работу: он начинает вращаться. Электромагнитный момент всегда будет пытаться сравнять темпы двух полей главных элементов привода: статора и ротора.
Величина, которая определяет разницу между скоростями вращения вышеописанных магнитных полей и есть то самое скольжение. Мы все знаем, что ротор никогда не будет поспевать за статором, значение это никогда не будет больше единицы. Измерение можно проводить как в процентах, так и в относительных величинах.
Чтобы рассчитать величину скольжения (S), нужно знать показатель частоты, с которой вращается магнитное поле (n1) и частоту, с которой вращается магнитное поле в роторе. Формула, по которой производится расчет, выглядит так:
Скольжение – чрезвычайно важная характеристика мотора. Она описывает то, насколько исправна работа машины.
Скольжение в разных условиях работы привода
Если режим работы агрегата – холостой, искомый показатель всегда будет близок к нулевому значению или, по крайней мере, не превысит 3%. Это связано с тем, что n1 будет практически равен n2.
Несмотря на то, что значение всегда близко к нулю, нулевым оно быть не может, потому что поля ротора и статора не пересекаются.
Другими словами, вращение мотора отсутствует, как и подача на него напряжения.
Скольжение (если считать его в процентах) не будет нулевым даже в том случае, когда электродвигатель находится в режиме идеального холостого хода. Зато, если агрегат запущен в режиме генератора, S может быть отрицательным.
Такой режим (в нем ротор вращается противоположно относительно статора) будет показывать S, значениям бывают разными, но изменяются только в следующих пределах:
-∞
Скольжение асинхронного двигателя: что это такое и как найти
Скольжение – это одна из основных характеристик электродвигателя. Она изменяется в зависимости от режима работы, нагрузки на валу и питающего напряжения. Давайте подробнее разберемся, что такое скольжение электродвигателя, от чего оно зависит и как определяется.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя довольно прост. На обмотку статора подается питающее напряжение, которое создает магнитный поток, в каждой фазе он будет смещен на 120 градусов. При этом суммирующий магнитный поток будет вращающимся.
Обмотка ротора является замкнутым контуром, в ней наводится ЭДС и возникающий магнитный поток придает вращение ротору, в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора.
Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.
- Высчитывается она по формуле:
- где n1— это частота вращения магнитного поля, n2 – частота вращения магнитного поля ротора.
- Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.
Величина скольжения в разных режимах работы
В режиме холостого хода скольжение близко к нулю и составляет 2-3%, ввиду того, что n1 почти равняется n2. Нулю оно не может быть равным, потому как в этом случае поле статора не пересекает поле ротора, простыми словами, двигатель не вращается и питающее на него напряжение не подается.
Даже в режиме идеального холостого хода, величина скольжения, выраженная в процентах, не будет равной нулю. S может принимать и отрицательные значения, в том случае, когда электродвигатель работает в генераторном режиме.
- В генераторном режиме (вращение ротора противоположно направлению поля статора) скольжение ЭД будет в значениях -∞
Скольжение асинхронной машины в режиме двигателя
Двигательный режим. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи (см. рис. 6.4).
В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе возникают электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор асинхронного двигатели приходит во вращение с частотой п2< п1 в сторону вращения поля статора.
Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъемного крана и т. п.), то вращающий момент двигателя М, преодолев противодействующий (нагрузочный) момент Мнагр исполнительного механизма, приведет механизм во вращение.
Следовательно, электрическая мощность Ри поступающая в двигатель из сети, в основной своей части преобразуется в механическую мощность /^ и передается исполнительному механизму ИМ (рис. 10.1, б).
Весьма важным параметром асинхронной машины является скольжение — величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора:
s = (n{1-n2)/n. (10.1)
Скольжение выражают в долях единицы либо в процентах. В последнем случае величину, полученную по (10.1), следует умножить на 100.
Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу асинхронного двигателя частота вращения ротора п2 уменьшается. Следовательно, скольжение асинхронного двигателя зависит от механической нагрузки на валу двигателя и может изменяться в диапазоне 0 < s < 1.
При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен
(«2 = 0). При этом скольжение s равно единице.
В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s « 0).
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением sH0M. Для асинхронных двигателей общего назначения sH0M = 1/8%, при этом для двигателей большой мощности SHOM = 1%, а для двигателей малой мощности
Sном = 8%.
Преобразовав выражение (10.1), получим формулу для определения асинхронной частоты вращения (об/мин):
n2 = n1(1-s). (10.2)
Рис. 10.1. Режимы работы асинхронной машины
- Решение. Синхронная частота вращения
- п1 = f1 • 60/р = 50 • 60/4 = 1500 об/мин.
- Номинальная частота вращения по (10.2)
- nном = n1(1-sном) = 1500(1 -0,06) = 1412 об/мин.
Скольжение и скорость вращения ротора
Обозначим через и2 — скорость вращения ротора асинхронного двигателя. Было установлено, что п2 всегда меньше и,.
Скорость вращения магнитного поля относительно ротора, т.е. разность ( и, — п2), называют скольжением. Обычно скольжение выражают в долях скорости вращения поля и обозначают буквой 5:
Скольжение зависит от нагрузки двигателя. При номинальной нагрузке его величина составляет около 0,05 — у машин небольшой мощности и около 0,02 — у мощных машин.
Из последнего равенства находим, что
После преобразования получаем выражение скорости двигателя, удобное для дальнейших рассуждений:
Поскольку при нормальном режиме работы двигателя скольжение невелико, скорость двигателя мало отличается от скорости вращения поля.
На практике скольжение часто выражают в процентах:
У большинства асинхронных двигателей скольжение колеблется в пределах 2—5%.
Скольжение является одной из важнейших характеристик двигателя: через него выражаются ЭДС и ток ротора, вращающий момент, скорость вращения ротора.
При неподвижном роторе (п2 = 0) скольжение равно единице. Таким скольжением обладает двигатель в момент пуска.
Как отмечалось, скольжение зависит от момента нагрузки на валу двигателя, следовательно, и скорость вращения ротора зависит от величины тормозного момента на валу. Номинальное значение скорости ротора п2 соответствующее расчетным значениям нагрузки, частоты и напряжения сети, указывается на заводском щитке асинхронного двигателя.
Асинхронные машины, как и другие электрические машины, обратимы. При 0 < 5 < 1 машина работает в режиме двигателя, скорость вращения ротора п2 меньше или равна скорости вращения магнитного поля статора л,.
Но если внешним двигателем раскрутить ротор до скорости, большей синхронной скорости п2 > щ, то машина перейдет в режим генератора переменного тока.
При этом скольжение станет отрицательным, а механическая энергия приводного двигателя будет превращаться в электрическую энергию.
Асинхронные генераторы переменного тока практически применяются очень редко.
Карточка № 9.6 (174) Скольжение и скорость вращения ротора
| Скорость вращения поля статора 3000 об/мин. Скорость вращения ротора 2940 об/мин. Определите скольжение. | 2% | 68 |
| Для решения задачи недостаточно данных | 185 | |
| 20% | 216 | |
| Три катушки обмотки статора питаются трех- фазным током частотой /= 500 Гц. Скорость вращения ротора 28 500 об/мин. Определите скольжение. | Для решения задачи недостаточно данных | 226 |
| 5% | 37 | |
| 20% | 176 | |
| s ~ 0,05;р~ V,{— 50 Гц. Определите скорость вра- щения ротора. | 3000 об/мин | 169 |
| 1425 об/мин | 165 | |
| 2850 об/мин | 26 | |
| 5 = 0,05; /= 50 Гц. Враща- ющееся магнитное поле статора является шестипо- люсным. Определите скорость вращения ротора. | 2850 об/мин | 159 |
| 1425 об/мин | 127 | |
| 950 об/мин | 10 | |
| Как изменится сколь- жение, если увеличить момент нагрузки на валу двигателя? | Увеличится | 33 |
| Не изменится | 63 | |
| Уменьшится | 142 |
Скольжение асинхронного двигателя: что это такое, как определяется и от чего зависит
Электрооборудование
profelectro
Одним из главных параметров асинхронного электродвигателя является скольжение. Это переменная величина. Меняться может, исходя из того, в каких режимах работает мотор, величины напряжения, валовой нагрузки.
В статье мы рассмотрим, что собой представляет это явление, как вычисляется, от каких условий зависит.
Что это такое
Принцип действия 3-х фазного электродвигателя (асинхронного) достаточно простой. К статорной обмотке подаётся питание. В результате образуется магнитный поток, смещённый на сто двадцать градусов в фазах. Общий поток, при этом, будет вращаться.
Обмотка представляет собой замкнутый контур, в котором возникает электродвижущая сила. Магнитный поток вращает ротор по направлению статорного потока. Крутящийся электромагнит стремится выровнять вращающие скорости статорного и роторного полей.
Значение, показывающее разницу быстроты вращения статорного и роторного полей и есть скольжение. Поскольку в асинхронном электродвигателе ротор всегда крутится медленней статора, значение, обычно, не превышает единицы. Измеряется в процентах либо единицах.
Вычисляется по следующей формуле:
Здесь n1 – скорость статора, n2 – скорость ротора.
Скольжение – один из основных параметров, отображающий корректность функционирования асинхронного электродвигателя.
Параметры в различных рабочих режимах
Когда электродвигатель обесточен, вращение не происходит, потому что статорное поле не пересекается с роторным полем. В этом случае величина равна двум или трём процентам, т.е. колеблется около нуля.
Если даже параметр холостого хода идеален, процентное значение нулю равняться не будет. Величина может быть и отрицательной, если двигатель функционирует в режиме генератора. В таком режиме (ротор вращается против статора) значение S будет меньше нуля.
При электромагнитном торможении, величина Sпревышает единицу с положительным знаком. Величина токовой частоты в роторных обмотках равняется токовой частоте сети исключительно при пусковом моменте.
- Роторная токовая частота пропорциональна сопротивлению индукции, поэтому роторный ток зависим от скольжения асинхронного двигателя.
- Момент вращения АД находится в зависимости от значения S, поскольку определяется величинами токового и магнитного потоков, угловым смещением ЭДС и роторным током.
- Для подробного изучения параметров электродвигателя определяется зависимость, показанная на графике вверху.
- При разных показателях асинхронном двигателе момент вращения можно корректировать при помощи сопротивления, включённого в цепи роторных обмоток.
- Если ротор замкнут «накоротко», вращающий момент изменяется либо частотными преобразователями, либо применением двигателей с изменяющимися параметрами.
При нагрузочном номинале двигателя показатель скольжения находится между двумя и восемью процентами. При добавлении нагрузки скольжение ускоряется, потому что роторное поле начнёт больше отставать от статорного поля.
Ускорение неминуемо приведёт к росту роторного тока и момента вращения. Параллельно с этим возрастает сопротивление, что связано с активными роторными потерями, токовые показатели снижаются, в связи с чем, вращение растёт гораздо медленней скольжения.
При определённой скорости скольжения момент вращения достигнет максимума и начнёт замедляться. Максимальное значение является критическим и обозначается Sкр.
В технической документации указываются параметры асинхронного двигателя. По ним строится график, отвечающий на вопросы, связанные с работой асинхронного электрического двигателя, применяемого в качестве привода.
Критический максимум задаёт параметр мгновенного допустимого перегруза двигателя. Когда этот параметр превышается, происходит остановка двигателя (опрокидывание). Это аварийный режим.
Методы измерений
Есть несколько методов произвести замер скорости скольжения двигателя. Когда скорость существенно разнится с синхронным вращением, её определяют тахометром либо тахогенератором, подключённым к валу асинхронного двигателя.
Метод определения стробоскопом с лампой неонового свет применим при скольжении меньше пяти процентов. На двигательном валу мелом рисуют отметку или ставят стробоскоп.
Подают свет от лампы и считают количество оборотов за определённый промежуток времени и, используя формулы, определяют значение.
Ещё для замера скорости скольжения применяют катушку индуктивности. Оптимальным вариантом будет катушка контактора тока постоянной величины. К ней подключают милливольтметр и помещают в окончание роторного вала.
По количеству колебаний стрелки за определённый промежуток времени с помощью формулы вычисляют скорость вращения.
Кроме того, у двигателя с ротором фазы величину скольжения определяют амперметром (магнитоэлектрическим). Прибор подсоединяют к одной из роторных фаз и по количеству стрелочных колебаний, опять-таки применяя формулу, получают результат.
Мы выяснили, что такое скольжение двигателя, способы его определения. Свои вопросы оставляйте в х.
Загрузка...
