В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя

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.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя

  • 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.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя 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.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя 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.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя 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

Как найти скольжение в асинхронном двигателе

Скольжение электродвигателя В процессе взаимодействия магнитного поля и тока в роторе асинхронного электродвигателя создается вращающий момент, который

Режим холостого хода[править | править код]

  • Холостой ход асинхронного двигателя подразумевает отсутствие на валу нагрузки в виде рабочего органа или редуктора. В режиме холостого хода скольжение составляет
  • s = ( n 1 − n 1 ) / n 1 = 0 {displaystyle s=(n_{1}-n_{1})/n_{1}=0} .
  • В режиме холостого хода ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n 1 {displaystyle n_{1}} и скольжение весьма мало отличается от нуля.

Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода, при котором n = n 1 {displaystyle n=n_{1}} , что практически реализовать невозможно, даже если учесть отсутствие силы трения в подшипниках. Сам принцип работы двигателя подразумевает отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора. При s = 0 {displaystyle s=0} поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора

Скольжение электродвигателя

В процессе взаимодействия магнитного поля и тока в роторе асинхронного электродвигателя создается вращающий момент, который позволяет уровнять скорость статора, ротора и вращения электромагнитного поля. Величина скольжения электродвигателя характеризуется скоростью вращения ротора, статора и магнитного поля.

Что такое асинхронный двигатель?

В соответствии с п.60 ГОСТ 27471-87 под асинхронной машиной следует понимать такой бесколлекторный агрегат, у которого отношение частоты вращения ротора к частоте электрического напряжения в питающей сети будет зависеть от подключаемой нагрузки. А возникающая разность движения описывается функцией скольжения, как соотношение:

S = (n-n1)/n

где

  • n1 – скорость вращения ротора асинхронного двигателя;
  • n – скорость вращения магнитного поля статора;
  • s – скольжение, вычисляется в процентах.

СКОЛЬЖЕНИЕ РОТОРА

Ротор асинхронного двигателя всегда должен отставать от вращающегося магнитного потока. Скорость вращения потока принято означать п1,она постоянна, так как р = const и f1 = const. Скорость вращения ротора можно обозначить п2. Величина называется скольжение м.

Теоретически скольжение меняется от 1 до 0 или от 100% до 0, так как при неподвижном роторе в первый момент пуска п2 = 0, а если вообразить, что ротор вращается синхронно с потоком, п2 п1.Чем больше нагрузка на валу, тем больший тормозной момент должен уравновеситься большим вращающим моментом.

Последнее возможно только при увеличении I2, а значит, и Е2. Как будет показано ниже, Е2увеличивается при уменьшении n2, т. е. при увеличении s.Таким образом, при увеличении нагрузки на валу скорость ротора п2уменьшается.

Скольжение при номинальной нагрузке Sн у асинхронных двигателей равно от 1 до 6%; меньшая цифра относится к мощным двигателями

Устройство асинхронного двигателя

В промышленных масштабах производиться несколько видов асинхронных электрических машин. Они могут отличаться местом установки обмоток, способом их укладки, мощностью, типом ротора и т.д. В качестве примера мы рассмотрим наиболее типовое устройство. Конструктивно асинхронный двигатель состоит из таких компонентов:

Устройство асинхронного двигателя

  • вал (1) – предназначен для передачи вращательного усилия;
  • статор (10) – набирается из шихтованной стали, имеет цилиндрическую форму, в пазы статора укладывается обмотка;
  • короткозамкнутый ротор (9) – используется для электромагнитного взаимодействия с полем статора;
  • борно (11) – содержит выводы обмоток и клеммы для их подключения;
  • подшипники ( 2 и 6) – устанавливаются для фиксации вращающихся частей и подшипниковые щиты (3 и 8) для соединения подшипника с корпусом двигателя;
  • корпус (5) – выполняет функцию защиты от механических повреждений, может оснащаться радиаторными ребрами для отвода тепловой энергии;
  • лапы (4) – используются для крепления асинхронного двигателя к строительным и конструктивным элементам;
  • вентилятор (7) – устанавливается только на мощных агрегатах, где существует необходимость в принудительном охлаждении.

Но, следует отметить, что это лишь один из видов таких двигателей, на практике вы можете встретить электрические машины с короткозамкнутым или фазным ротором. Также распространенной конструкцией является беличья клетка в алюминии.

Подключение асинхронного двигателя

Трехфазный переменный ток

Электрическая сеть трехфазного переменного тока получила наиболее широкое распространение среди электрических систем передачи энергии.

Главным преимуществом трехфазной системы по сравнению с однофазной и двухфазной системами является ее экономичность.

В трехфазной цепи энергия передается по трем проводам, а токи текущие в разных проводах сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, при этом синусоидальные ЭДС на разных фазах имеют одинаковую частоту и амплитуду.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя Трехфазный ток (разница фаз 120°)

Звезда и треугольник

Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).

Фазное напряжение

— разница потенциалов между началом и концом одной фазы. Другое определение для соединения «звезда»: фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы «треугольник» отсутствует нейтраль).

Линейное напряжение

— разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Звезда Треугольник Обозначение
Uл, Uф — линейное и фазовое напряжение, В,
Iл, Iф — линейный и фазовый ток, А,
S — полная мощность, Вт
P — активная мощность, Вт

Внимание: Несмотря на то, что мощность для соединений в звезду и треугольник вычисляется по одной формуле, подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Пример: Допустим электродвигатель был подключен по схеме «звезда» к трехфазной сети переменного тока Uл=380 В (соответственно Uф=220 В) и потреблял ток Iл=1 А. Полная потребляемая мощность: S = 1,73∙380∙1 = 658 Вт.

Теперь изменим схему соединения на «треугольник», линейное напряжение останется таким же Uл=380 В, а фазовое напряжение увеличится в корень из 3 раз Uф=Uл=380 В.

Увеличение фазового напряжения приведет к увеличению фазового тока в корень из 3 раз. Таким образом линейный ток схемы «треугольник» будет в три раза больше линейного тока схемы «звезда».

А следовательно и потребляемая мощность будет в 3 раза больше:

S = 1,73∙380∙3 = 1975 Вт.

Таким образом, если двигатель рассчитан на подключение к трехфазной сети переменного тока по схеме «звезда», подключение данного электродвигателя по схеме «треугольник» может привести к его поломке.

Если в нормальном режиме электродвигатель подключен по схеме «треугольник», то для уменьшения пусковых токов на время пуска его можно соединить по схеме звезда. При этом вместе с пусковым током уменьшится также пусковой момент.

Читайте также:  Все характеристики двигателя 1jz gte

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Обозначение выводов статора трехфазного электродвигателя

  1. Обозначение выводов обмоток статора вновь разрабатываемых
  2. трехфазных машин согласно
  3. ГОСТ 26772-85 [2]
Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода Обозначение вывода
Начало Конец
Открытая схема (число выводов 6)
первая фаза U1 U2
вторая фаза V1 V2
третья фаза W1 W2
Соединение в звезду (число выводов 3 или 4)
первая фаза U
вторая фаза V
третья фаза W
точка звезды (нулевая точка) N
Соединение в треугольник (число выводов 3)
первый вывод U
второй вывод V
третий вывод W

Обозначение выводов обмоток статора ранее разработанных

и модернизируемых трехфазных машин согласноГОСТ 26772-85

Схема соединения обмоток, наименование фазы и вывода Обозначение вывода
Начало Конец
Открытая схема (число выводов 6)
первая фаза C1 C4
вторая фаза C2 C5
третья фаза C3 C6
Соединение звездой (число выводов 3 или 4)
первая фаза C1
вторая фаза C2
третья фаза C3
нулевая точка
Соединение треугольником (число выводов 3)
первый вывод C1
второй вывод C2
третий вывод C3

Подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети с помощью фазосдвигающего элемента

Трехфазные асинхронные электродвигатели могут быть подключены к однофазной сети с помощью фазосдвигаюших элементов. При этом электродвигатель будет работать либо в режиме однофазного двигателя с пусковой обмоткой (рисунок а, б, г) либо в режиме конденсаторного двигателя с постоянно включенным рабочим конденсатором (рисунок в, д, е).

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети

Схемы приведенные на рисунке «а», «б», «д» применяются, когда выведены все шесть концов обмотки.

Электродвигатели с соединением обмоток согласно схемам «а», «б», «г» практически равноценны двигателям, которые спроектированы как однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой.

Номинальная мощность при этом состовляет 40-50% от мощности в трехфазном режиме, а при работе с рабочим конденсатором 75-80%.

Емкость рабочего конденсатора при частоте тока 50 Гц для схем «в», «д», «е» примерно рассчитывается соответственно по формулам:

  • ,где Cраб — емкость рабочего конденсатора, мкФ,
  • Iном – номинальный (фазный) ток статора трехфазного двигателя, А,
  • U1 – напряжение однофазной сети, В.

Критическое скольжение[править | править код]

Если постепенно повышать нагрузку двигателя, то скольжение будет расти (ротор будет все сильнее отставать от вращающегося магнитного поля), при этом пропорционально скольжению будет расти ток, наводимый в роторе, а пропорционально ему будет расти и момент.

Поэтому при малых нагрузках можно считать, что момент пропорционален скольжению. Но при росте скольжения возрастают активные потери в роторе, которые снижают ток ротора, поэтому момент растет медленнее чем скольжение, и при определенном скольжении момент достигает максимума, а потом начинает снижаться.

Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим.

Принцип действия

В трехфазном асинхронном двигателе фазные обмотки смещены в пространстве относительно друг друга на 120°. В классическом варианте они установлены на статоре и наводят ЭДС взаимоиндукции в роторе.

При подаче питания на электродвигатель произойдет следующее:

  • В обмотках агрегата будет протекать электрический ток, который наведет ЭДС взаимоиндукции в роторном железе.
  • За счет замкнутого проводящего контура в роторе возникнут собственные токи, и, как результат их протекания, электромагнитное поле.
  • После этого магнитное поле статора начнет увлекать за собой ротор по мере смены интенсивности и значения на каждом полюсе.

Для примера рассмотрим данный процесс в нескольких положениях синусоид на обмотках двигателя.

Рисунок 2

Как видите на рисунке 2, в данной точке максимум магнитного поля придется на полюс 2 – положительный и 5 – отрицательный. Ротор начнет притягиваться к ним, затем кривая напряжения переместиться в следующую точку и картина распределения магнитного поля будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 3

Как видите на рисунке 3, здесь максимум магнитного потока приходится на полюс 1 и 4, к которым и притягивается ротор электродвигателя. Далее, в зависимости от смены напряжения во времени будет происходить вращательное движение вала.

Еще больше информации о асинхронном двигателе смотрите в видео:

Или читайте в статье: https://www.asutpp.ru/asinhronnyj-elektrodvigatel.html

Литература[править | править код]

  • Хомяков Н. М., Денисов В. В., Панов В. А. Электротехника и электрооборудование судов. — Ленинград: Издательство «Судостроение», 1971. — 368 с.

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться.

Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения.

Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке).

По обмотке статора проходит ток холостого хода I0, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора).

Для уменьшения тока I0 в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие.

Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

Но одновременно увеличивается частота n1— n персечения вращающимся полем проводников обмотки ротора, а следовательно, э. д. с. Е2, индуцированная в этой обмотке, ток в роторе I2 и образованный им электромагнитный вращающий момент М.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя M не сравняется с нагрузочным моментом Мвн.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки.

При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться.

Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

f2/f1 = (n1— n)/n1= s или f2 = f1s (83)

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателяРис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Поэтому

  • M = cмФтI2 cosφ2 (84)
  • где
  • Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;
  • — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором.

Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср.

Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы.

Читайте также:  Датчик расхода воздуха двигателя afb

Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателяРис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

При s < 10-20% увеличение скольжения приводит к незначительному уменьшению cos φ2, вследствие чего активная составляющая тока в обмотке ротора I2cos φ2 и электромагнитный момент М возрастают.

При некотором критическом скольжении sкр двигатель развивает наибольший момент Мmax, который определяет его перегрузочную способность.

При дальнейшем увеличении скольжения (большем sкр) происходит резкое уменьшение cos ?2, поэтому активная составляющая тока I2cos φ2 и электромагнитный момент М уменьшаются.

Номинальный вращающий момент Мном двигатели средней и большой мощности развивают при скольжении Sном = 2-4%.

Согласно государственным стандартам на асинхронные двигатели отношение Mmax/Mном = 1,8-2,5. Критическое скольжение sкр для мощных двигателей составляет 5—10%, для двигателей средней и малой мощности — от 10 до 20 %.

Асинхронный двигатель, как и любая электрическая машина, может работать в генераторном режиме, создавая тормозной момент. Этот режим используется для электрического торможения приводов.

Режим пуска.

В начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен: скольжение s=1, магнитное поле пересекает ротор с максимальной частотой, индуцируя в нем наибольшую э. д. с. Е2. Так как ток в роторе I2 определяется значением э. д. с. Е2, то в начальный момент пуска он будет наибольшим. Наибольшим будет и ток в статоре.

Обычно пусковой ток двигателя в 5—7 раз больше номинального. Вращающий момент Мп при пуске называется пусковым. Он обычно меньше наибольшего момента, который может развить двигатель. Для двигателей различных типов и мощностей отношение Мп/Мном = 0,7 – 1,8.

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!

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя

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:

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя

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:

-∞

Режимы работы асинхронных двигателей

Лекция №19 Скольжение. Пуск асинхронных двигателей

Скольжение

Отличительным признаком асинхронного двигателя является всегда существующая положительная разность, n1 – n2> 0. Ротор никогда не может достигнуть частоты вращения магнитного поля n1, так как при равенстве n1= n2 исчезнут электромагнитные силы, приводящие его в движение.

  • Разность частот вращения магнитного поля и ротора
  • n1 – n2 = ns
  • называют частотой скольжения. Аналогичная разность скоростей
  • Ω1 – Ω2 = Ωs
  • Называется скоростью скольжения.
  • Отношение частоты скольжения к частоте вращения поля n1 обозначают sи называют скольжением:

Очевидно, что в первый момент пуска двигателя s = 1. Асинхронные двигатели проектируют так, что на холостом ходу sх = 0,001 ÷ 0,005, а при номинальной нагрузке sном = 0,05.

В установившемся режиме ns, Ωs и s – постоянные. Это означает, что вращающий момент двигателя М уравновешивает противодействующий момент Мпр.

Если по каким – либо причинам противодействующий момент увеличится, то ротор начнет тормозиться, т. е. скорость вращения Ω2 будет падать, а скорость его скольжения – увеличиваться. Но последнее вызовет изменение ряда взаимно связанных величин. Увеличатся Э.Д.С.

e2и токи I2в проводниках обмотки ротора, электромагнитные силы Fэм2 и вращающий момент М.

Когда вращающий момент М станет равным противодействующему Мпр, изменения прекратятся. Двигатель возвратится в установившейся режим. Но скорость вращения ротора Ω2 теперь меньше.

В случае уменьшения противодействующего момента произойдут аналогичные, но противоположно направленные физические процессы. Это означает, что асинхронный двигатель обладает свойством автоматического изменения вращающего момента, т. е. свойством саморегулирования.

Режимы работы асинхронных двигателей

Двигательный режим: В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя При n 1

Этот режим применяют кратковременно, так как при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.

Для более мягкого торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при оборотах, близких к номинальным.

В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя

Мн – номинальный момент; Мп – пусковой момент; Мmax – критический момент

Из анализа графика механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях, меньших критического (s < sкр), т. Дело в том, что именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента.

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:
  • В режиме холостого хода скольжение асинхронного двигателя
  • 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.

  1. В генераторном режиме (вращение ротора противоположно направлению поля статора) скольжение ЭД будет в значениях -∞

Скольжение асинхронного двигателя это

Скольжение асинхронного двигателя

— относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

  • s = ( n 1 − n ) / n 1 {displaystyle s=(n_{1}-n)/n_{1}} ,
  • где n {displaystyle n} — скорость вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин
  • n 1 {displaystyle n_{1}} — скорость циклического изменения магнитного потока статора, называется синхронной скоростью двигателя.

  Выключатели и розетки: виды и срок эксплуатации

  1. n 1 = 60 × f / p {displaystyle n_{1}=60 imes f/p} ,
  2. где f — частота сети переменного тока, Гц
  3. p — число пар полюсов обмотки статора (число пар катушек на фазу).

Из последней формулы видно, что скорость вращения двигателя n практически определяется значением его синхронной скорости, а последняя при стандартной частоте 50 зависит от числа пар полюсов: при одной паре полюсов — 3000 об/мин, при двух парах — 1500 об/мин, при трёх парах — 1000 об/мин и т. д.

Режим холостого хода

  • Холостой ход асинхронного двигателя подразумевает отсутствие на валу нагрузки в виде рабочего органа или редуктора. В режиме холостого хода скольжение составляет
  • s = ( n 1 − n 2 ) / n 1 = 0 {displaystyle s=(n_{1}-n_{2})/n_{1}=0} .
  • В режиме холостого хода ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n 1 {displaystyle n_{1}} и скольжение весьма мало отличается от нуля.
  • Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода
Читайте также:  Volkswagen touareg какой двигатель самый надежный

, при котором n = n 1 {displaystyle n=n_{1}} , что практически реализовать невозможно, даже если учесть отсутствие силы трения в подшипниках.

Сам принцип работы асинхронного двигателя подразумевает отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора. При s = 0 {displaystyle s=0} поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора

Содержание вперед >

§107.РЕЖИМЫРАБОТЫАСИНХРОННОГОДВИГАТЕЛЯ Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью n0.

Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е2s. Под дей­ствием э. д. с. Е2s в обмотке ротора будет протекать ток I2.

Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, соз­дает вращающий момент, под действием которого ротор начи­нает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля.

Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля.

При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вра­щающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Если через n0 обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n — скорость вращения ротора двигателя, то разность n0 — n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется с к о л ь ж е н и е м двигателя и обозначается буквой S.

  1. Таким образом, скольжение
  2. откуда
  3. Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор — 1450 об/мин, то скольжение
  4. В момент пуска двигателя, когда скорость ротора п — 0, скольжение
  5. при холостом ходеи поэтому скольжение

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1—6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.

Пример

. Определить скольжение в процентах для шестиполюсного асинх­ронного двигателя, если ротор его делает 960 об/’мин.

  • если f=50 гц, то
  • тогда скольжение
  • Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n= 0 (момент пуска) до(холостой ход) и соответственно скольжение от

Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответ­ственно изменяется частота э. д. с. и токов в роторе, что видно из уравнения

  1. При пуске двигателя
  2. при холостом ходе
  3. Например, если f1 = 50 гц, то при пуске f2 = 50 гц. При скольже­нии S = 2% частота тока в роторе

Наибольшее значение э. д. с. Е2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S=1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с мак­симальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следова­тельно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.

  • Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5—7 раз:
  • В этом заключается основной недостаток асинхронных дви­гателей с короткозамкнутым ротором.
  • У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2—2,5 раза больше номи­нального тока:
  • Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в транс­форматоре.

Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между ко­торыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет, в. двигателе обмотка статора, роль вторичной — обмотка ротора.

При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W1 и ротора W2 протекают соответственно токи I1 и I2, которые соз­дают две намагничивающие силы W1I1 и W12I2 .Совместным дей­ствием этих намагничивающих сил в машине создается результи­рующий магнитный поток Ф.

Как и в трансформаторе, напряже­ние на зажимах обмотки статора U1 уравновешивается почти полностью э. д. с. Е1, индуктированной в этой обмотке вращаю­щимся магнитным полем.

Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U1 и почти не за­висит от величины нагрузки.

Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного то­ков в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.

При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение 5 очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение 5 увеличивается.

В связи с этим возрастает скорость пересечения вит­ков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е2 и ток I2.

Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I1и потребляемого обмот­кой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двига­теля цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным проме­жутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.

Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вра­щение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя.

В электрическом двигателе потери складываются из электри­ческих (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода и механи­ческих (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машин.

Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой темпера­турой нагрева изоляции обмоток, т. е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током.

В паспорте электри­ческого двигателя указывается его номинальная мощность Рн (квт), т. е. механическая мощность на валу двигателя, которая может дли­тельно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмо­ток двигателя. К. п. д.

асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85—95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).

Генераторный режим

Если обмотку статора включить в сеть, а ротор посредством приводного двигателя вращать в направлении вращения магнитного поля с частотой n > n 1 {displaystyle n>n_{1}} , то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора изменит свое направление. Таким образом, в генераторном режиме скольжение может изменяться в диапазоне − ∞ < s < 0 {displaystyle -infty , то есть оно может принимать любые отрицательные значения.

От чего зависит величина скольжения электродвигателя

  • Как правило, скольжение относительно невелико при работе электродвигателя с номинальной нагрузкой. Например, при работе электромотора 1500 оборотов в минуту скольжение равно 2,7%.
  • Асинхронные электродвигатели не могут достичь синхронной скорости даже, если отсоединить механизм. Проводники ротора никогда не будут пересекаться с магнитным полем, в них не будет ЭДС, соответственно не будет и тока. При этом асинхронный момент будет равен нулю.
  • В момент пуска в обмотку ротора поступает ток, соответствующий частоте сети. По мере ускорения частота тока будет определена скольжением. При этом сопротивление ротора будет зависеть от частоты тока. Индуктивное сопротивление будет возрастать по мере увеличения частоты тока.
  • Величины эквивалентного сопротивления изменяются в соответствии с законами физики. Если скольжение электродвигателя уменьшается, сопротивление соответственно увеличивается.
  • При пусковом моменте до развития скольжения в пределах 0,15 сила сопротивления уменьшается незначительно. При дальнейшей работе наоборот – быстро уменьшается. Величина момента вращения определяется соответствующей величиной магнитного потока, поступающего тока и сдвигом между параметрами ЭДС, тока в роторе. Зависимость момента скольжения и напряжения с частотой устанавливается в ходе проведения исследования технических характеристик производителями электромоторов.

Критическое скольжение

Если постепенно повышать нагрузку двигателя, то скольжение будет расти (ротор будет все сильнее отставать от вращающегося магнитного поля), при этом пропорционально скольжению будет расти ток, наводимый в роторе, а пропорционально ему будет расти и момент.

Поэтому при малых нагрузках можно считать, что момент пропорционален скольжению. Но при росте скольжения возрастают активные потери в роторе, которые снижают ток ротора, поэтому момент растет медленнее чем скольжение, и при определенном скольжении момент достигает максимума, а потом начинает снижаться.

Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим.

Что это такое

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.

  1. Высчитывается она по формуле:
  2. где n1— это частота вращения магнитного поля, n2 – частота вращения магнитного поля ротора.
  3. Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.

Литература

  • Хомяков Н. М., Денисов В. В., Панов В. А. Электротехника и электрооборудование судов. — Ленинград: Издательство «Судостроение», 1971. — 368 с.
В этой статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок.Утверждения, не подкреплённые источниками, могут быть поставлены под сомнение и удалены. Вы можете улучшить статью, внеся более точные указания на источники.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector