Особенностью многофазных систем является возможность создать в механически неподвижном устройстве вращающееся магнитное поле.
Катушка, подключенная к источнику переменного тока, образует пульсирующее магнитное поле, т.е. магнитное поле, изменяющееся по величине и направлению.

Возьмем цилиндр с внутренним диаметром D. На поверхности цилиндра разместим три катушки, пространственно смещенные относительно друг друга на 120 o . Катушки подключим к источнику трехфазного напряжения (рис. 12.1). На рис. 12.2 показан график изменения мгновенных токов, образующих трехфазную систему.

Каждая из катушек создает пульсирующее магнитное поле. Магнитные поля катушек, взаимодействуя друг с другом, образуют результирующее вращающееся магнитное поле, характеризующееся вектором результирующей магнитной индукции
На рис. 12.3 изображены векторы магнитной индукции каждой фазы и результирующий вектор построенные для трех моментов времени t1, t2, t3. Положительные направления осей катушек обозначены +1, +2, +3.

В момент t = t 1 ток и магнитная индукция в катушке А-Х положительны и максимальны, в катушках В-Y и C-Z - одинаковы и отрицательны. Вектор результирующей магнитной индукции равен геометрической сумме векторов магнитных индукций катушек и совпадает с осью катушки А-Х. В момент t = t 2 токи в катушках А-Х и С-Z одинаковы по величине и противоположны по направлению. Ток в фазе В равен нулю. Результирующий вектор магнитной индукции повернулся по часовой стрелке на 30 o . В момент t = t 3 токи в катушках А-Х и В-Y одинаковы по величине и положительны, ток в фазе C-Z максимален и отрицателен, вектор результирующего магнитного поля размещается в отрицательном направлении оси катушки С-Z. За период переменного тока вектор результирующего магнитного поля повернется на 360 o .

Частота вращения магнитного поля или синхронная частота вращения

(12.1)

где P- число пар полюсов.

Катушки, изображенные на рис. 12.1, создают двухполюсное магнитное поле, с числом полюсов 2Р = 2. Частота вращения поля равна 3000 об/мин.
Чтобы получить четырехполюсное магнитное поле, необходимо внутри цилиндра поместить шесть катушек, по две на каждую фазу. Тогда, согласно формуле (12.1), магнитное поле будет вращаться в два раза медленней, с n 1 = 1500 об/мин.
Чтобы получить вращающееся магнитное поле, необходимо выполнить два условия.

1. Иметь хотя бы две пространственно смещенные катушки.

2. Подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.

12.2. Асинхронные двигатели.
Конструкция, принцип действия

Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором , и вращающуюся часть, называемую ротором . В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле.
Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.
Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.
Принцип действия асинхронного двигателя рассмотрим на модели, представленной на рисунке 12.4.

Вращающееся магнитное поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося с синхронной частотой вращения n 1 .
В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке.
Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки.
Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 12.4.

Рис. 12.4

Пользуясь правилом левой руки, найдем направление электромагнитных сил, действующих на ротор и заставляющих его вращаться. Ротор двигателя будет вращаться с частотой вращения n 2 в направлении вращения поля статора.
Ротор вращается асинхронно т.е частота вращения его n 2 меньше частоты вращения поля статора n 1 .
Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением.

Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.
Вращающий электромагнитный момент уравновешивается противодействующим тормозным моментом М эм = М 2 .
С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого, возрастают индуктированные в роторной обмотке ЭДС и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.
Скольжение заторможенного двигателя равно единице. Говорят, что двигатель работает в режиме короткого замыкания.
Частота вращения ненагруженного асинхронного двигателя n 2 приблизительно равна синхронной частоте n 1 . Скольжение ненагруженного двигателя S &asimp; 0. Говорят, что двигатель работает в режиме холостого хода.
Скольжение асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, изменяется от нуля до единицы.
Асинхронная машина может работать в режиме генератора. Для этого ее ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n 2 > n 1 . Скольжение асинхронного генератора.
Асинхронная машина может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо ее ротор вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора.
В этом режиме S > 1. Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя. Частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f 1 и числом пар полюсов статора. При частоте f 1 = 50 Гц существует следующий ряд частот вращения.

Асинхронная машина с заторможенным ротором работает как трансформатор. Основной магнитный поток индуктирует в статорной и в неподвижной роторной обмотках ЭДС Е 1 и Е 2к.

где Ф m - максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со
статорной и роторной обмотками;
W 1 и W 2 - числа витков статорной и роторной обмоток;
f 1 - частота напряжения в сети;
K 01 и K 02 - обмоточные коэффициенты статорной и роторной обмоток.

Чтобы получить более благоприятное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники

Реферат на тему:

Выполнил:

ст. гр. 5141-4

Тухбатов И.М.

Проверил:

Миляшов А.Н.

Казань 2005 г.

Общие сведения………………………………………………………………………………..3

Устройство трехфазной асинхронной машины……………………………………….……..3

Режим работы трехфазной асинхронной машины…………………………………………..4

Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя…………………………..5

Вращающееся магнитное поле ротора и рабочее вращающее магнитное поле Ас.М…….6

Универсальная характеристика Ас.М……………………………………………….……......7

Пуск ас.дв. в ход……………………………………………………………………….………8

Методы регулирования частоты вращения Ас.Дв..................................................................9

1. Общие сведения.

Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асинхронная машина (Ас.М.)- это машина, в которой при работе возбуждаются вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля. Она была изобретена М.О.Доливо-Добровольским в 1888 г., но до настоящего времени сохранила в основном ту простую форму, которую ей придал талантливый русский изобретатель. Ас.М. состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещённых на общем сердечнике, и помещённой между ними четвертой, вращающейся катушки.

Ас.М. малой мощности часто выполняются однофазными для устройств, питающихся от двухпроводной сети. Такие машины находят широкое применение в бытовой технике.

Общий недостаток Ас.М. - это относительная сложность и неэкономичность регулирования их режимов работы.

2. Устройство трехфазной асинхронной машины.

Трехфазная Ас.М. состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Конструкция статора. Статор Ас.М. представляет собой полый цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака (рис.1). В пазах на внутренней стороне статора размещаются три фазные обмотки. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга.

Фазные обмотки соединяются между собой звездой или треугольником и подключаются к трехфазной сети. Токи в фазных обмотках возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсовp , равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Это достигается взаимным расположением фазных обмоток, при котором их катушечные группы сдвинуты по окружности статора относительно катушечных групп соседней фазной обмотки на угол 120°/ p .

Для укладки многовитковой катушечной группы в пазах статора ее разделяют на q последовательно соединенных секций поw c витков в каждой секции. Возможны секции с одинаковым и неодинаковым шагом намоткиy . В первом случае стороны каңдой секөии сдвинуты по окруңности статора на угол 180°/ p , что соответствует одному полюсному делениюy =τ, т.е. длине окружности статора, приходящейся на один полюс. Во втором случае секции катушечной группы вложены друг в друга, т.е. их шаг намоткиτ< y < τ .

Распределение фазных обмоток по нескольким пазам не только улучшает использование цилиндрической конструкции статора, но и обуславливает необходимое распределение магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором.

Сердечник статора изготавливается с открытыми или полуоткрытыми пазами, применение полуоткрытых пазов уменьшает магнитное сопротивление и, следовательно, намагничивающий ток. При открытых пазах упрощается укладка секций и повышается надежность изоляции.

Конструкция ротора. Ас.М. в основном различаются устройством ротора. Ротор Ас.М. представляет собой цилиндрический сердечник (рис.2), собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный на подшипниках. В пазах ротора располагаются витки обмотки ротора.

Вбольшинстве двигателей применяетсякороткозамкнутый ротор . Он значительно дешевле, и, что очень существенно, обслуживание короткозамкнутым ротором значительно проще. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется в виде цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции вставляются в пазы сердечника. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни (т.н. «беличье колесо»). Часто короткозамкнутая обмотка изготовляется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

О

бмоткафазного ротора , называемого также ротором с контактными кольцами, выполняется изолированным проводом. В большинстве случаев она трехфазная, с тем же числом катушек, что и обмотка статора данного двигателя. Три фазные обмотки ротора соединяются на самом роторе звездой, а свободные концы их соединяются с тремя контактными кольцами, укрепленными на валу машины, но изолированными от этого вала. На кольца наложены щетки, установленные на неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки обмотка ротора присоединена к трехфазному реостату (рис.3). Включение реостата в цепь ротора дает возможность существенно улучшить условия пуска двигателя - уменьшить пусковой ток и увеличить начальный вращающий момент, кроме того, при помощи реостата, включенного в цепь ротора, можно плавно регулировать скорость двигателя.

На рисунке 4 приведены условные обозначения Ас.М. с короткозамкнутым (а ) и фазным (б ) ротором на схемах замещения.

Обмотка короткозамкнутого провода состоит из m-частей. Сдвиг фаз между ЭДС индуктивного вращающего магнитным полем статора в двух соседних стержнях, равен

р – число пар полюсов двигателя;

2 – число витков в каждой фазе.

Пусть цепь ротора разомкнута, т.е. ток в ней отсутствует, на ротор не действуют электромагнитные силы и он неподвижен. При неподвижности ротора, частота ЭДС индуктированной в его обмотке, равна частоте токов в цепи обмоток статора.

f – частота сети, 50 Гц;

Если ротор вращать с частотой n 2 , вслед за вращающимся магнитным полем статора, то частота ЭДС индуктированной обмотки уменьшится и станет равной

Если цепь ротора замкнуть, то токи в ней образуют:

1) Многофазную систему, с числом фаз m 2 =N, в случае короткозамкнутого ротора.

2) Трехфазную систему, с числом фаз m 2 =3, в случае фазного ротора => токи в обмотке ротора аналогичны токам в обмотках статора, должны возбуждать вращающееся магнитное поле.

34. Рабочее вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя

n отн. – частота вращения этого поля, относительно ротора.

Т.к. сам ротор вращается в том же направлении с частотой n 2 , то его поле вращается в пространстве с частотой, равной

Т.е. поле ротора вращается синхронно с полем статора, это является характерным условием полной передачи энергии от статора к ротору.

Складываясь, вращающееся магнитное поле статора и ротора, образуют рабочее вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя, которое служит таким же связующим звеном, между обмотками статора и ротора, как и переменное магнитное поле в сердечнике трансформатора, передающее энергию от первичной обмотки ко вторичной обмотке. Именно это, рабочее поле, необходимо знать для анализа процессов в цепях статора и ротора.

35. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Для устойчивой работы двигателя, важно, чтобы автоматически установилось равновесие вращающего и тормозного моментов, с увеличением нагрузки на валу двигателя, увеличится тормозной момент, соответственно должен возрастать и вращающий момент

Р мех – механическая мощность на вал двигателя;

2 – угловая скорость ротора

Это уравновешивание моментов у работающего двигателя, осуществляется следующим образом, при увеличении нагрузки на валу, тормозной момент оказывается больше вращающего момента, в следствии чего, частота вращения ротора уменьшается, скольжение вырастает. Повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента. Равновесие моментов восстанавливается при возрастании скольжения.

R 2 – активное сопротивление;

X рас.2 – индуктивное рассеянное сопротивление.

–коэффициент мощности.

36) Устройство и принцип действия, области применения электрических машин постоянного тока(мпт)

МПТ состоит из неподвижной части, в которой возбуждается главное магнитное поле, и вращающейся части, в которой индуктируется э.д.с. Токи от этой э.д.с., взаимодействуя с главным магнитным полем, создают момент (в двигательном режиме он является вращающим, в генераторном – тормозным).

Неподвижная часть состоит из станины и полюсов, которые к ней крепятся. Полюса подразделяются на главные, в которых возбуждаются основной магнитный поток, и добавочные, которые устанавливаются в целях улучшения коммутации машины.

Принцип действия

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести - если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую - то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы - или в режиме генератора, или электродвигателя.

Область применения

Электрические Машины постоянного тока используют как в качестве генератора, так и вкачестве двигателя. Наибольшее применение получили двигатели постоянного тока:

Они широко используются для привода подъёмных средств в качестве крановых двигателей.

Приводом транспортных средств в качестве тяговых двигателей.

Для привода устройств автоматики.

Для привода прокатных станов.

Для привода штатных подъёмников.

Условия получения:

1) наличие не менее двух обмоток;

2) токи в обмотках должны отличаться по фазе

3) оси обмоток должны быть смещены в пространстве.

В трёхфазной машине при одной паре полюсов (р=1) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 120°, при двух парах полюсов (р=2) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 60° и т.д.

Рассмотрим магнитное поле, которое создаётся с помощью трёхфазной обмотки, имеющей одну пару полюсов (р=1). Оси обмоток фаз смещены в пространстве на угол 120° и создаваемые ими магнитные индукции отдельных фаз (BA, BB, BC) смещены в пространстве тоже на угол 120°.

Магнитные индукции полей, создаваемые каждой фазой, как и напряжения, подведённые к этим фазам, являются синусоидальными и отличаются по фазе на угол 120°.

Принцип действия

На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на стержни ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В стержнях ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Токи в стержнях ротора создают собственное магнитное поле стержней, которые вступают во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая складываясь по окружности, создает вращающийся электромагнитный момент ротора.

Приняв начальную фазу индукции в фазе А (φA) равной нулю, можно записать:

Магнитная индукция результирующего магнитного поля определяется векторной суммой этих трёх магнитных индукций.

Найдём результирующую магнитную индукцию с помощью векторных диаграмм, построив их для нескольких моментов времени.

Нарисовать векторные диаграммы

Как следует из диаграмм, магнитная индукция B результирующего магнитного поля машины вращается, оставаясь неизменной по величине. Таким образом, трёхфазная обмотка статора создаёт в машине круговое вращающееся магнитное поле. Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции.

Частота вращения магнитного поля зависит от частоты сетии числа пар полюсов магнитного поля.

, [об/мин].

При этом частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки.

При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о скорости вращения магнитного поля ω0, которая определяется соотношением:

, [рад/сек].

Для сравнения частоты вращения магнитного поля и ротораввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквой. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

или

Процессы в асинхронной машине Цепь статора

а) ЭДС статора.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

где: =0.92÷0.98 – обмоточный коэффициент;

–частота сети;

–число витков одной фазы обмотки статора;

–результирующее магнитное поле в машине.

б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора.

Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе.