Třífázový asynchronní motor

  • Počítače

Pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii se používají speciální přístroje. Jedná se zejména o asynchronní motor s zkratovaným rotorem, který je nejjednodušším zařízením tohoto typu.

Co to je?

Asynchronní motor je zařízení, které se používá k přeměně elektrické energie na mechanickou energii. Pracuje ze střídavého proudu. Hlavní rozdíl od synchronního stroje je, že tento motor má rychlost statoru větší než frekvence rotoru. Tento elektromotor je velmi oblíben díky své spolehlivosti a snadnému použití.

Trojfázový a jednofázový motor se skládá ze statoru a zkratovaného rotoru, což je dokonale ilustrováno níže uvedeným výkresem. Stator sestává ze samostatných válcových ocelových plechů a rotoru. V drážkách položených navíjení, které jsou vybaveny konvenčním napájecím kabelem. Navíjení každé drážky je relativně vůči druhému v úhlu 120 stupňů, v řezu je jasné, že během provozu se drážky stanou hvězdou nebo trojúhelníkem.

Fotosynchronní motor

Rotor je jádro, které je umístěno uvnitř statoru. Je také sestaven z jednotlivých ocelových plechů, které jsou propojeny pomocí roztavené hliníkové slitiny. Z tohoto důvodu je celá konstrukce tvořena čepy (pruty). Na druhé straně jsou spojeny krátkými prstenci, připojenými ke koncům tyčí. Taková klec veverka může být také spojena s měděnými kroužky, ale motor je používán při nižších napětích, aby se kov nerozpálil.

Návrh fotoreportace

Je třeba poznamenat, že díky tomuto návrhu je údržba motoru s asynchronním typem práce jednodušší než synchronní. Kvůli nedostatku štětců se provoz zařízení výrazně prodlužuje.

Přístroje jsou dodávány v uzavřených a otevřených verzích. Zařízení odolné proti výbuchu je ve speciálním pouzdře, je chráněno před požárem, když je síť nestabilní. Také v závislosti na umístění rotoru jsou zařízení následujícího typu:

  1. Dostupnost. Ve srovnání se synchronními stroji jsou asynchronní náklady mnohem nižší. Navíc jsou velmi časté. Mohou se nalézt ve specializovaných prodejnách, trzích, internetových portálech;
  2. Spolehlivost Vedle nepřítomnosti štětců, které jsou roztřepené, výrazně prodlužuje dobu používání, zařízení se také hodí k mírnému přetížení. To je nezbytné, pokud je motor používán v průmyslových odvětvích s vysokým výkonem, kde jsou možné poklesy napětí;
  3. Snadné použití. Start je prováděn jednoduchými intuitivními akcemi. Pro spínání se používá jednoduchý obvod;
  4. Vysoká účinnost ve srovnání se synchronními stroji.
Typy fotomotorů

V tomto případě asynchronní motor s rotorem veverkové klece má nevýhody:

  1. Vysoký nárazový proud při jmenovitých otáčkách. Při prvním spuštění může dojít k silnému přetížení elektrické sítě;
  2. Nízká bezpečnost. Navzdory chráněnému provedení vinutí jsou motory tohoto typu náchylné k rozbití. Zejména vinutí často hoří s konstantními poklesy napětí;
  3. Poměr skluzu příliš nízký.

Video: třífázové asynchronní motory

Princip činnosti

V okamžiku, kdy je elektrická energie přiváděna do statoru, začne každá fáze vydávat určité magnetické pole. Každá z nich je otočena vzhledem k druhé o 120 stupňů. Díky tomu se celkový tok magnetického pole rotuje. Tyto magnetické toky ve statoru vytvářejí elektromagnetickou indukci. Vzhledem k tomu, že vinutí rotoru je zkratováno, vzniká určitá proudová síla. Tento proud interaguje s magnetickým polem a nastává počáteční reakce. V okamžiku maximální rychlosti otáčení se rotor nejprve pozastaví a vytvoří brzdný moment a začne se otáčet. Dále nastává počáteční skluzu.

Schéma spouštění fotografií

Jedná se o mechanickou veličinu, která určuje poměr frekvence magnetického pole statoru a frekvence otáčení rotoru. To je měřeno v procentech. To je velmi důležitý ukazatel, protože jeho velikostí můžete určit rozdíl v rotaci mezi rotorem a statorem a následně i motorem.

V úvodním stádiu práce se skluz se rovná nule, ale po snížení elektromagnetické indukce se snižuje nebo zvyšuje v závislosti na druhu práce. Například při volnoběhu se rychlost snižuje, zatímco při maximální rychlosti se skluzu zvyšuje. Maximální skluz se nazývá kritický. Jakmile se zařízení začne otáčet při maximální rychlosti, je třeba sledovat rychlost sklouznutí. V opačném případě, je-li překročena specifikovaná úroveň, je narušena stabilita. To zahrnuje nejen rozdělení jednotlivých částí zařízení, zejména ocelové desky přetížené z tření, ale také úplné rozbití motoru. Výpočet se provádí podle vzorce:

S = ((n1 - n2) / n1) * 100%

Kde n1 je rotace pole statoru a n2 je rotace rotoru.

Pokud asynchronní motor s zkratovaným rotorem selže, jeho technické vlastnosti klesnou a v důsledku toho se zastaví. Průměrná úroveň skluzu se považuje za ukazatele od 1 do 8 procent. U některých typů je povoleno malé odchylky od této normy. Na tomto základě pracují elektrické asynchronní modely díky interakci magnetických polí statoru s proudy, které se vyskytují ve vinutí rotoru.

Připojení foto - motoru

Specifikace a označení

Každý elektromotor má své vlastní provozní parametry, proto si před zakoupením zařízení potřebujete vypočítat požadovaná data. Zvažte, jaké technické vlastnosti má asynchronní typ motoru AIR s rotorem veverkové klece.

Výhody třífázových asynchronních elektromotorů, technické charakteristiky, typy, vlastnosti

Elektrický motor se střídavým proudem, který využívá rotačního magnetického pole, který je vytvořen statorem, se nazývá asynchronní, pokud se frekvence pole liší od toho, s jakým rotor rotuje. Asynchronní třífázové elektromotory jsou široce distribuovány. Jejich technické vlastnosti jsou důležité pro správnou funkci. Patří sem mechanické a provozní charakteristiky. První je závislost frekvence, se kterou rotor rotuje na zátěži. Vztah mezi těmito veličinami je nepřímo úměrný, tj. čím vyšší je zatížení, tím nižší frekvence.

Asynchronní elektromotory a jejich typy

V tomto případě, jak je patrné z grafu, v intervalu od nuly do maximální hodnoty, se zvyšujícím se zatížením, je pokles frekvence nevýznamný. O takovém asynchronním elektromotoru se říká, že jeho mechanická charakteristika je tuhá.

Asynchronní elektromotory ve výrobě jednoduchých a spolehlivých, proto, je široce používán.

Existují tři typy asynchronních elektromotorů s rotorem veverkové klece:

jednofázové, dvoufázové a třífázové a vedle nich asynchronní s fázovým rotorem.

Jednofázové

První typ na statoru má jedno vinutí, které přijímá střídavý proud. Pro spuštění asynchronní motor, jsou cívky statoru více, připojený krátce k síti prostřednictvím kapacity nebo indukčnosti, nebo je zkratována, aby se dosáhlo počáteční fázový posun nezbytné, aby se rotor do rotace.

Bez toho by se nemělo pohybovat statorovým magnetickým polem. V takovém motoru, jako v každém asynchronním motoru, je rotor vyroben ve formě válcového jádra s hliníkovými štěrbinami a lopatkami pro větrání. Takový rotor, nazývaný "klec veverka", se nazývá zkratovaný.

Asynchronní elektromotory jsou instalovány v zařízeních, která nevyžadují vysoký výkon, jako jsou malé čerpadla a ventilátory.

Bifázický

Druhý typ, tj. dvoufázová - mnohem efektivnější. Na statoru mají dvě vinutí, které jsou navzájem kolmé. Střídavý proud je dodáván jednomu z nich, druhý je připojen k fázově posunutému kondenzátoru, díky kterému je vytvořeno magnetické rotační pole.

Mají také rotor s kočkami veverky. Jejich oblast použití je mnohem širší než první. Dvojfázové stroje poháněné jednofázovou sítí se nazývají kondenzátory, protože musí být vybaveny fázově posunutým kondenzátorem.

Tři fáze

Trojfázová má tři stočky na statoru, přičemž posun mezi nimi je 120 stupňů, takže jejich políčka se při zapnutí posune o stejné množství. Zahrnutím takového elektromotoru do proměnné trojfázové sítě, zkratované, se rotor otáčí v důsledku vznikajícího magnetického pole.

Větrání jsou spojeny podle jednoho ze schémat - "trojúhelník" nebo "hvězda". Ale ve druhém spojení je napětí vyšší a na pouzdře je indikováno dvěma hodnotami - 127/220 nebo 220/380. Tyto motory jsou nenahraditelné pro práci navijáků, různých strojů, jeřábů, oběžníků.

Stejný stator je k dispozici pro motory s fázovým rotorem. Magnetický vodič (náboj) je uložen ve svých drážkách se třemi vinutími. Neexistují však hliníkové tyče odlité, ale je zde plné vinutí, které je spojeno s "hvězdou". Tři z jeho konců jsou zobrazeny na kroužcích, které jsou umístěny na hřídeli rotoru a jsou z něj izolovány.

1 - obložení a žaluzie;

3 - držáky kartáčů s kartáčovou hlavou;

4 - zajištění příčného prstu;

5 - závěry kartáčů;

7 - izolační pouzdro;

8 a 26 - kroužky;

9 a 23 - vnější ložiskové čepičky a vnitřní;

10 - upevnění čepu ložiska na krabici;

11 - zadní kryt ložiska;

12 a 15 rotorových vinutí;

13 - držák navíjení;

14 - rotační jádro;

16 a 17 - přední kryt ložiska a jeho vnější kryt;

18 - větrací větrací otvory;

20 - jádro statoru;

21 - víko vnějšího ložiska;

27 - závěry vinutí rotoru

Je možné připojit motor přímo nebo přes rezistor, pomocí střídavého napětí (třífázové) na kroužky pomocí kartáčů. Druhá se týká nejdražšího třífázového asynchronního motoru. Jeho vlastnosti, zejména počáteční točivý moment při zatížení, jsou mnohem větší, díky čemuž jsou umístěny v zařízeních, která běží pod zatížením: u výtahů, jeřábů apod.

Jak funguje elektrický motor?

Tyto elektromotory jsou široce distribuovány ve výrobě i v každodenním životě, neboť mají vyšší účinnost než motory provozované z dvoufázové sítě.

Pokud má motor stator - pevnou jednotku a pohyblivý rotor, oddělenou vzdušnou vrstvou, tj. mechanicky nekompatibilní a rotační rychlosti rotoru a magnetického pole nejsou stejné, nazývá se asynchronní elektromotor. Zařízení a princip činnosti jsou popsány níže.

Na statoru jsou tři vinutí s magnetickým jádrem uvnitř. Samotný stator je rekrutován z desek vyrobených z elektrické oceli. Jsou umístěny v úhlu 120 stupňů vůči sobě a fixovány ve štěrbinách stacionárního statoru. Návrh rotoru je založen na ložiscích. K ventilaci je uspořádáno oběžné kolo.

Vzhledem k tomu, že mezi frekvencí, se kterou rotor rotuje a magnetickým polem, dochází k zpoždění, tj. první druh zachycuje pole, ale nemůže to udělat kvůli nižší rychlosti, nazývá se asynchronní elektromotor. Princip fungování spočívá v indukci proudů rotorem vytvářejícím vlastní pole, které naopak interaguje se statorovým magnetickým polem a nutí rotor k pohybu.

Rychlost otáčení hřídele může být měněna pomocí regulátoru otáček asynchronního motoru, tj. způsob změny své regulace změnou fázového napětí nebo použitím modulace šířky impulzů.

Jako regulátor otáček elektrického motoru můžete použít střídač (regulátor napětí-regulátor), který bude hrát roli napájecího zdroje. Napájecí napětí po regulátoru se bude lišit v závislosti na rychlosti otáčení.

Elektromotory mohou mít více otáček, tj. určený pro mechanismy, které potřebují rychlostní regulaci rychlosti. Ve značce jsou symboly: AOL, AO2, 4A atd. Schéma zapojení je v pasu nebo je zobrazeno na svorkovnici.

Doporučujeme:

Důležitou vlastností dvourychlostní je možnost provozu ve dvou režimech. Jsou označeny (domácí): AMH, AD, AIR, 5AM, AIRHM. Chcete-li vyzvednout importovaný dvourychlostní motor, musíte zadat tabulku údajů, která je k dispozici na těle.

Výhody

Hlavní výhodou je:

  • Jednoduchá konstrukce elektromotoru, absence rychle opotřebovaných částí (bez skupiny kolektorů) a další tření (ze stejného důvodu).
  • Žádná další konverze není potřebná pro napájení, protože se provádí přímo z třífázové průmyslové sítě.
  • Malý počet dílů činí motor velmi spolehlivým.
  • Životnost je působivá.
  • Je snadné udržovat a opravovat.

Nevýhody samozřejmě také existují.

Patří sem:

  • malý počáteční moment, kvůli kterému je oblast jeho aplikace omezena;
  • významné spouštěcí proudy, které někdy překračují povolené hodnoty v systému napájení;
  • vysoká spotřeba energie reagující, což snižuje mechanickou energii.

Schémata zapojení

Existují dvě možnosti připojení, které zajišťují provoz asynchronního elektrického motoru - zapojení hvězda a trojúhelník.

Star

Používá se pro třífázový obvod, ve kterém je velikost síťového napětí 380 V. Zvláštnost spojení hvězd je, že konce vinutí mají být spojeny v jednom místě: C4, C5 a C6 (U2, V2 a W2). Začátek vinutí: C1, C2 a C3 (U1, V1 a W1) jsou propojeny s vodiči A, B a C (L1, L2 a L3) přes spínací zařízení.

Napětí mezi začátky odpovídá 380 voltů a na místech, kde jsou fázové vodiče připojeny k vinutí - 220v.

Připojení asynchronního motoru na 220 je označeno jako Y. Pro ochranu před přetížením motoru je v bodě připojení vinutí připojen neutrál.

Takové spojení, elektromotor, který je přizpůsoben k práci od 380 voltů, neumožňuje dosáhnout plného výkonu, protože napětí vinutí je pouze 220V. Na druhou stranu chrání před nadproudem, díky čemuž je start hladký.

Podíváme-li se do boxu s terminály, je snadné pochopit, co bylo spojení provedeno. Je-li propojka se třemi piny, použije se hvězda.

Trojúhelník

Pokud jsou konce vinutí spojeny s počátkem předchozích, je to "trojúhelník".

Podle starého označení je C4 připojen ke svorce C2, pak - C5 s C3 a C6 s C1. V nové verzi označení vypadá takto: připojte U2 a V1, V2 a W1, W2 a U1. Napětí mezi vinutími je 380 voltů. Ale spojení s neutrálem nebo "pracovní nula" není zapotřebí. Funkcí tohoto připojení jsou velké hodnoty počátečních proudů, které jsou nebezpečné pro zapojení.

V praxi se někdy používá kombinované spojení, tj. při startu a zrychlení se používá "hvězda" a dále se používá "trojúhelník", tj. provozního režimu.

Terminálová skříňka, přesněji tři propojky mezi svorkami, pomůže zjistit, zda byla na spojení použita schéma "delta".

Přeměna energie

Energie, která je přiváděna do vinutí statoru, je přeměněna asynchronním elektromotorem na energii rotace rotoru, tj. mechanické. Množství výkonu na výstupu a vstupu je však odlišné, protože jeho část je ztracena vířivými proudy a hysterezí, třením a topením.

Rozptýlí se ve formě tepla, proto je k chlazení potřebný i chladicí ventilátor. Účinnost asynchronních elektromotorů v širokém rozsahu zatížení je však vysoká a dosahuje 90% a 96% u velmi výkonných motorů.

Výhody třífázového systému

Hlavní výhoda třífázových motorů v porovnání s jednofázovými a dvoufázovými motory je považována za ekonomickou. V tomto případě jsou pro přenos energie tři dráty a relativní proudový posuv v nich je 120 stupňů. Hodnota amplitud a frekvencí s sinusovým emf je stejná v různých fázích.

Důležité: pro připojení v závislosti na napětí mohou být konce vinutí připojeny uvnitř motoru (tři kabely vycházejí z něj) nebo výstupy na vnější straně (6 vodičů).

Jaké jsou verze elektromotorů?

Přítomnost v označení písmena "U" znamená, že účel elektromotoru má pracovat v mírném podnebí, kde jsou roční teploty v rozmezí + 40 ° - 40 °. Tropické klima musí být uvedeno na štítku "T".

Motor funguje normálně v rozmezí teplot od +50 do -10. Pro námořní klima je označení "OM" pro všechny oblasti kromě "cold" - "O" (+35 - 10 stupňů). Konečně pro oblasti s velmi chladným klimatem - "UHL", což znamená normální provoz při teplotách od plus 40 do mínus šedesát stupňů.

Elektromotory jsou také rozděleny podle speciálních konstrukčních možností. Pokud uvidíte písmeno "C", znamená to, že motor je se zvýšeným skluzem. Pokud je "P" s vysokým počátečním kroutícím momentem, "K" je s fázovým rotorem, "E" je elektromagneticky zabudovaná brzda.

Navíc jsou:

  • na montážních tlapkách umístěných na spodní straně pouzdra a na otvory pro upevnění. Podobné stroje stojí v dřevoobráběcích strojích a kompresorech, v elektrických strojích s řemenovým pohonem atd.;
  • přírubové, tj. na pouzdře mají přírubové otvory pro spojovací prvky na převodovce. Používá se často v elektrických čerpadlech, míchačích betonu a dalších zařízeních;
  • kombinované, tj. s přírubou a nohama. Jsou nazývány univerzální, protože mohou být připojeny k jakémukoli zařízení.

Synchronní a asynchronní elektromotory nebo rozdíly mezi nimi

Kromě asynchronních motorů existují synchronní, lišící se od prvního, že frekvence rotujícího rotoru odpovídá frekvenci, kterou má magnetické pole. Jeho hlavními prvky jsou induktor umístěný na rotoru a kotva umístěná na statoru. Jsou od sebe odděleny, stejně jako v asynchronní vzduchové mezerě. Pracují jako elektromotor nebo generátor.

V prvním provedení zařízení pracuje v důsledku interakce magnetického pole vytvořeného u kotvy s pole na pólech induktoru. Operace v režimu generátoru je zajištěna elektromagnetickou indukcí způsobenou rotační kotvou v magnetickém poli vytvořeném ve vinutí.

Pole interaguje s fázemi navíjení statoru a vytváří elektromotorickou sílu. Podle návrhu jsou synchronní motory složitější než asynchronní.

Závěr: u synchronních elektromotorů je rychlost rotoru stejná jako frekvence magnetického pole, zatímco pro asynchronní jsou různé.

Tyto charakteristiky určují použití prvního zařízení, kde je zapotřebí výkon 100 kW a více, a to v případech do 100 kW.

Video: Asynchronní motor, model a princip činnosti.

Třífázový asynchronní motor

Jednoduchost výroby, nízké náklady a spolehlivost při práci vedly k tomu, že asynchronní motor (BP) se stal nejčastějším elektromotorem. Mohou pracovat jak z třífázové elektrické sítě, tak z jednofázové.

Používají se třífázové asynchronní motory:

-v neregulovaných elektrických pohonech čerpadel, ventilátorů, kompresorů, dmychadel, odsávačů kouře, dopravníků, automatických linek, kovacích a razicích strojů apod.:

-v nastavitelných elektrických pohonech obráběcích strojů, manipulátorů, robotů, zdvihacích mechanismů, obecných průmyslových mechanismů s různým výkonem atd.

Konstrukce třífázového asynchronního motoru

V závislosti na způsobu navíjení rotoru indukčního motoru jsou tyto motory rozděleny do dvou skupin: motory s zkratovaným vinutím na rotoru a motory s fázovým vinutím na rotoru.

Motory s nakrátko vinutí na rotoru jsou levnější na výrobu, provozně spolehlivé, mají tuhou mechanickou charakteristiku, např. E. Při změně zatížení z nuly na jmenovitý snižuje rychlost stroje pouze 2-5%. Nevýhody těchto motorů patří obtížnost plynulou regulací otáček v širokém rozsahu, poměrně malou počáteční točivý moment a velké zapínacího proudu na 5-7 násobku jmenovité.

Tyto nevýhody nemají motory s fázovým rotorem, ale konstrukce rotoru je mnohem komplikovanější, což vede ke zvýšení nákladů na motor jako celek. Proto se používají v případě silných výchozích podmínek a v případě potřeby hladké regulace otáček v širokém rozmezí. Při laboratorní práci se zvažuje motor s rotorem veverka.

indukční motor Třífázový má pevnou část - statoru 6 (viz obr. 6.1), na které je vinutí, která vytváří točivé magnetické pole, a pohyblivou část - rotor 5 (obr. 6.1), která vytváří elektromagnetické moment pro otáčení rotoru sám a výkonné mechanismus.

Statorové jádro má tvar dutého válce (obr. 6.2). Aby se snížily energetické ztráty z vířivých proudů, jsou získávány ze samostatných elektrických ocelových plechů izolovaných od sebe navzájem lakem.

Na vnitřním povrchu jádra jsou štěrbiny, ve kterých je uloženo statorové vinutí. Jádro je přitlačováno do tělesa (rámce) 7 (obr. 6.1) vyrobeného z litiny nebo hliníkové slitiny.

V motoru s jedním párem pólů je vinutí statoru tvořeno třemi identickými cívkami, tzv. Fázemi. Každá fáze vinutí je umístěna v protilehlých drážkách statorového jádra, fáze vinutí jsou posunuty v určitém prostoru vůči sobě v úhlu a propojeny podle zvláštních pravidel. Počátky a konce fází statorového vinutí jsou spojeny s výstupními svorkami svorkovnice 4 (obr. 6.1), která umožňuje připojení fází vinutí statoru hvězdou nebo trojúhelníkem. V tomto ohledu může být asynchronní motor připojen k síti s lineárním napětím rovným Uph navíjení (vinutí statoru je spojeno s trojúhelníkem) nebo Uph (vinutí je spojeno s hvězdou).

Obr. 6.1. - Obecný pohled na asynchronní motor:

ložiska - 1 a 11, hřídel - 2, ložiskové štíty - 3 a 9, svorkovnice - 4, rotor - 5, stator - 6,

přední části fázového vinutí statoru - 8, ventilátor - 10, víčko - 12, žebra - 13, patky - 14, zemnění - 15

Asynchronní stroje

2.1. Historie tvorby a rozsahu asynchronních motorů

V současné době se asynchronní stroje používají hlavně v režimu motoru. Stroje o výkonu vyšší než 0,5 kW se obvykle provádějí třífázovým a při nižším výkonu jednofázovým.

Poprvé byla v letech 1889-91 vyvinuta, vytvořena a testována konstrukce třífázového asynchronního motoru ruským inženýrem M. O. Dolivou-Dobrovolsky. První motory byly demonstrovány na Mezinárodním veletrhu elektrotechnického ve Frankfurtu nad Mohanem v září 1891. Výstava představovala tři třífázové motory různé síly. Nejsilnější z nich měl výkon 1,5 kW a byl použit k pohonu DC generátoru do rotace. Konstrukce asynchronního motoru navrženého společností Dolivo-Dobrovolsky se ukázala jako velmi úspěšná a je hlavním typem konstrukce těchto motorů dosud.

V průběhu let se asynchronní motory nacházely velmi široce v různých odvětvích a zemědělství. Používají se v elektrickém pohonu obráběcích strojů, zdvihacích a dopravních strojů, dopravníků, čerpadel, ventilátorů. Motory s nízkým výkonem se používají v automatizačních zařízeních.

Široké využití asynchronních motorů je způsobeno jejich výhodami ve srovnání s jinými motory: vysoká spolehlivost, schopnost pracovat přímo ze střídavého proudu, snadná údržba.

2.2. Zařízení třífázového asynchronního stroje

Pevná část stroje se nazývá stator, pohyblivá část - rotor. Statorové jádro je sestaveno z plechu z elektrické oceli a stlačeno do rámu. Na obr. 2.1 znázorňuje sestavu jádra statoru. Lůžko (1) je odlévané z nemagnetického materiálu. Nejčastěji je lůžko vyrobeno z litiny nebo hliníku. Na vnitřní ploše plechů (2), z nichž je vytvořeno statorové jádro, jsou drážky, ve kterých je položen třífázový vinutí (3). Statorové vinutí je vyrobeno převážně z izolovaného měděného drátu s kruhovým nebo obdélníkovým průřezem, méně často hliníku.

Statorové vinutí se skládá ze tří samostatných částí, tzv. Fází. Počátky fází jsou označeny písmeny $ c_1,

Začátky a konce fází jsou přivedeny do svorkovnice (obr. 2.2.a) namontované na rámu. Statorové vinutí lze připojit podle hvězdy (obr. 2.2.b) nebo trojúhelníku (obr. 2.2.c). Volba schématu připojení vinutí statoru závisí na síťovém napětí v síti a na datech pasu motoru. V pasu třífázového motoru jsou nastaveny síťové napětí sítě a připojovací obvod statorového vinutí. Například 660/380, Y / Δ. Tento motor lze připojit k síti s hodnotou $ U_l = 660V $ podle hvězdicového okruhu nebo do sítě s hodnotou $ U_l = 380V $ - podle schématu trojúhelníku.

Hlavním účelem statorového vinutí je vytvořit v zařízení rotující magnetické pole.

Jádro rotoru (obr. 2.3.b) je získáno z plechů z elektrotechnické oceli, na jejichž vnější straně jsou vytvořeny drážky, v nichž je uloženo rotorové vinutí. Navíjení rotoru má dva typy: zkratované a fázové. Proto asynchronní motory přicházejí s rotorem veverkové klece a fázovým rotorem (s kroužky).

Zkratované vinutí (obr. 2.3) rotoru se skládá z tyčí 3, které jsou uloženy ve štěrbinách jádra rotoru. Z konců jsou tyto tyče uzavřeny koncovými kroužky 4. Takové vinutí připomíná "kolo veverka" a nazývá se jeho "klecí veverkovým" (obr. 2.3.a). Motor s klecí veverky nemá žádné pohyblivé kontakty. Díky tomu jsou tyto motory vysoce spolehlivé. Navíjení rotoru je vyrobeno z mědi, hliníku, mosazi a dalších materiálů.

Dolivo-Dobrovolsky nejprve vytvořil motor se rotorem veverka a zkoumal jeho vlastnosti. Zjistil, že takové motory mají velmi vážnou nevýhodu - omezený počáteční točivý moment. Dolivo-Dobrovolsky pojmenoval důvod tohoto nedostatku - velmi krátký rotor. Navrhl také návrh motoru s fázovým rotorem.

Na obr. 2.4 znázorňuje pohled na asynchronní stroj s fázovým rotorem v sekci: 1 - lůžkové, 2 - statorové vinutí, 3 - rotorové, 4 - kroužkové kroužky, 5 - kartáče.

U fázového rotoru je vinutí trojfázové, podobně jako vinutí statoru, se stejným počtem dvojic pólů. Cívky vinutí jsou uloženy ve štěrbinách jádra rotoru a jsou spojeny podle hvězdy. Konce každé fáze jsou spojeny s kluznými kroužky připevněnými k hřídeli rotoru a prostřednictvím kartáčů jsou vedeny k vnějšímu okruhu. Slipové kroužky jsou vyrobeny z mosazi nebo oceli, musí být izolovány od sebe a od hřídele. Kovové kartáče se používají jako kartáče, které se pomocí kontaktních kroužků přitlačují pomocí pružinových pružin upevněných v těle stroje. Na obr. 2.5 znázorňuje symbol asynchronního motoru s zkratovaným (a) a fázovým (b) rotorem.

Na obr. 2.6 je pohled v řezu na asynchronní stroj s rotorem veverkové klece: 1 - lůžko, 2 - statorové jádro, 3 - statorové vinutí, 4 - rotorové jádro s zkratovaným vinutím, 5 - hřídel.

Na palubní desce stroje, připojené k rámu, jsou uvedeny údaje: $ P_n,

n_n $, stejně jako typ stroje.

  • $ P_n $ je jmenovitý čistý výkon (na hřídel)
  • $ U_n $ a $ I_n $ jsou jmenovité hodnoty napájecího napětí a proudu pro daný schéma zapojení. Například 380/220, Y / Δ, $ I_n $ Y / $ I_n $ Δ.
  • $ n_n $ - jmenovitá rychlost v ot / min.

Typ stroje, například, je uveden ve tvaru 4AH315S8. Jedná se o asynchronní motor (A) čtvrté řady chráněných výkonů. Pokud písmeno H chybí, je motor uzavřen.

  • 315 - výška osy otáčení v mm;
  • S - instalační rozměry (jsou uvedeny v adresáři);
  • 8 - počet pólů stroje.

2.3. Získání rotačního magnetického pole

  1. přítomnost nejméně dvou vinutí;
  2. proudy ve vinutí musí být ve fázi odlišné
  3. Osa vinutí musí být posunuta v prostoru.

V třífázovém stroji s dvojicí pólů ($ p = 1 $) by měla být osa vinutí posunuta v prostoru o úhel 120 °, se dvěma dvojicemi pólů ($ p = 2 $) by měla být osa vinutí posunuta v prostoru o úhel 60 ° a t.d

Zvažte magnetické pole, které je vytvořeno pomocí třífázového vinutí, které má jeden pár pólů ($ p = 1 $) (obr. 2.7). Osy fázového vinutí jsou posunuty v prostoru o úhel 120 ° a magnetické indukce jednotlivých fází, které vytvořily ($ B_A,

B_C $) jsou také posunuty v prostoru o úhel 120 °.

Magnetické indukce polí vytvářené každou fází, jakož i napětí aplikovaná na tyto fáze jsou sinusové a liší se ve fázi úhlem 120 °.

Po přijetí počáteční fáze indukce ve fázi $ A $ ($ φ_A $) rovnající se nule, můžeme psát:

Magnetická indukce výsledného magnetického pole je určena vektorovým součtem těchto tří magnetických indukcí.

Najděte výslednou magnetickou indukci (obr. 2.8) pomocí vektorových diagramů a sestavte je pro několik bodů v čase.

Jak vyplývá z obr. 2.8 se magnetická indukce $ B $ výsledného magnetického pole stroje otáčí a zůstává nezměněná. Třífázové navíjení statoru tak vytváří kruhové magnetické pole v počítači. Směr otáčení magnetického pole závisí na pořadí fázového otáčení. Velikost výsledné magnetické indukce

Frekvence rotace magnetického pole $ n_0 $ závisí na frekvenci sítě $ f $ a počtu dvojic pólů magnetického pole $ p $.

$ n_0 = (60 f) / p $, [rpm].

Mějte na paměti, že frekvence otáčení magnetického pole nezávisí na režimu provozu asynchronního stroje a jeho zatížení.

Při analýze provozu asynchronního stroje se často používá koncept rychlosti otáčení magnetického pole $ ω_0 $, který je určen vztahem:

$ ω_0 = (2 π f) / p = π n0 / 30 $, [rad / s].

2.4. Způsoby provozu třífázového asynchronního stroje

Asynchronní stroj může pracovat v režimech motoru, generátoru a elektromagnetické brzdy.

Režim motoru

Tento režim slouží k přeměně elektrické energie spotřebované ze sítě na mechanickou.

Nechť statorové vinutí vytváří magnetické pole, které se otáčí ve frekvenci $ n_0 $ ve specifikovaném směru (obr. 2.9). Toto pole bude řídit podle zákona o elektromagnetické indukci ve vinutí EMF rotoru. Směr EMF je určen pravidlem pravé ruky a je zobrazen na obrázku (síly by měly vstoupit do dlaně a palec by měl směřovat ve směru vodiče, tj. Rotor, vzhledem k magnetickému poli). V proudu rotoru se objeví proud, jehož směr budeme souhlasit se směrem EMF. V důsledku interakce vinutí rotoru s proudovým a rotačním magnetickým polem vzniká elektromagnetická síla $ F $. Směr síly je určen pravidlem levé ruky (síly by měly vstoupit do dlaně, čtyři prsty ve směru proudu ve vinutí rotoru). V tomto režimu (obr. 2.9) vytvoří elektromagnetická síla točivý moment, při jehož působení se rotor začne otáčet s frekvencí $ n $. Směr rotace rotoru se shoduje se směrem otáčení magnetického pole. Chcete-li změnit směr otáčení rotoru (obrátit motor), musíte změnit směr otáčení magnetického pole. Aby se motor obrátil, je nutné změnit fázovou posloupnost použitého napětí, tj. přepněte dvě fáze.

Nechme, za působení elektromagnetického momentu, rotor začal otáčet s frekvencí otáčení magnetického pole ($ n = n_0 $). V tomto případě v vinutí rotoru bude hodnota EMF $ E_2 $ nula. Proud v rotorovém vinutí $ I_2 = 0 $ se elektromagnetický moment $ M $ také stane nulovým. Díky tomu se rotor bude otáčet pomaleji, ve vinutí rotoru se objeví EMF, proud. Objeví se elektromagnetický moment. V režimu motoru se tak rotor asynchronně otáčí s magnetickým polem. Při změně zatížení hřídele se mění rychlost rotoru. Název motoru - asynchronní (asynchronní). S nárůstem zatížení hřídele musí motor vyvinout větší točivý moment a to se stane, když se rychlost rotoru sníží. Na rozdíl od rychlosti rotoru frekvence otáčení magnetického pole nezávisí na zatížení. Pro porovnání frekvence rotace magnetického pole $ n_0 $ a rotoru n byl zaveden koeficient, který byl nazýván skluzem a označen písmenem $ S $. Slip může být měřen v relativních jednotkách a v procentech.

$ S = (n_0 - n) / n_0 $ nebo $ S = [(n_0 - n) / n_0] 100% $.

Při spuštění indukčního motoru $ n = 0,

S = 1 $. V dokonalém klidovém režimu $ n = n_0,

S = 0 $. Takže v režimu motoru se skluzu liší v rámci:

Když asynchronní motory pracují v nominálním režimu:

Skutečné asynchronní motory s volnoběhem:

Režim generátoru

Tento režim slouží k přeměně mechanické energie na elektrickou energii, tj. asynchronní stroj musí vyvinout brzdný moment na hřídeli a dodat elektrickou energii do sítě. Asynchronní stroj přejde do režimu generátoru, pokud se rotor začne otáčet rychleji než magnetické pole ($ n gt n_0 $). Tento režim může nastat například při nastavení rychlosti rotoru.

Nechť $ n gt n_0 $. V tomto případě se změní směr EMF a proud rotoru (ve srovnání s režimem motoru) a změní se směr elektromagnetické síly a elektromagnetický moment (obr. 2.10). Stroj začne vytvářet brzdný moment na hřídeli (spotřebovává mechanickou energii) a vrací elektrickou energii do sítě (směr proudění rotoru se změnil, tj. Směr přenosu elektrické energie).

Takže v režimu generátoru se prokluz mění v:

Režim elektromagnetické brzdy

Tento režim provozu nastává, když rotor a magnetické pole rotují v různých směrech. Tento režim provozu probíhá při obrácení indukčního motoru při změně fázové posloupnosti, tj. směr otáčení magnetického pole se mění a rotor se otáčí ve stejném směru setrvačností.

Podle obr. 2.11 elektromagnetická síla vytvoří brzdný elektromagnetický moment, pod jehož působením se sníží rychlost rotoru, a pak dojde k obrácení.

V režimu elektromagnetické brzdy stroj spotřebuje mechanickou energii, vyvíjí brzdný moment na hřídeli a současně spotřebovává elektrickou energii ze sítě. Celá tato energie jde k zahřívání auta.

Takže v režimu elektromagnetické brzdy se skluzu liší v rámci:

2.5. Procesy v asynchronním stroji

2.5.1. Obvod statoru

Magnetické pole vytvářené vinutím statoru se rotuje vzhledem ke stacionárnímu statoru s frekvencí $ n_0 = 60f / p $ a vyvolá EMF ve vinutí statoru. Efektivní hodnota EMF indukovaná tímto polem v jedné fázi statorového vinutí je určena výrazem:

$ E_1 = 4,44 w_1 k_1 f Φ $,

kde: $ k_1 = 0,92 ÷ 0,98 $ - koeficient vinutí;
$ f_1 = f $ - síťová frekvence;
$ w_1 $ - počet otáček jedné fáze statorového vinutí;
Φ - výsledné magnetické pole v autě.

b) Rovnice elektrické rovnováhy pro fázi vinutí statoru.

Tato rovnice je konstruována analogicky se střídavým proudem se jádrem.

Zde jsou $ Ú $ a $ Ú_1 $ síťové napětí a napětí použité pro vinutí statoru.
$ R_1 $ je aktivní odpor vinutí statoru spojený se ztrátami vytápění vinutí.
$ x_1 $ je indukční odpor vinutí statoru spojený s průsakem.
$ z_1 $ je impedance vinutí statoru.
$ İ_1 $ - proud ve vinutí statoru.

Při analýze práce asynchronních strojů často trvá $ I_1 z_1 = 0 $. Pak můžete napsat:

$ U_1 ≈ E_1 = 4,44 w_1 k_1 f Φ $.

Z tohoto výrazu vyplývá, že magnetický tok Φ v asynchronním stroji nezávisí na jeho provozním režimu a pro danou síťovou frekvenci $ f $ závisí pouze na efektivní hodnotě použitého napětí $ U_1 $. Podobný vztah platí i v jiném střídavém stroji - v transformátoru.

2.5.2. Řetězový rotor

a) Frekvence proudění emf a rotoru.

Při stacionárním rotoru se frekvence emf $ f_2 $ rovná frekvenci sítě $ f $.

$ f_2 = f = (n_0 p) / 60 $.

U rotačního rotoru závisí frekvence EMF rotoru od frekvence otáčení magnetického pole vzhledem k rotujícímu rotoru, který je určen vztahem:

Potom frekvence EMF rotujícího rotoru:

Frekvence EMF rotoru se mění v poměru k prokluzu a v režimu motoru má největší hodnotu v okamžiku zahájení kurzu.

Nechť $ f = 50 $ Hz, nominální skluz $ S_n = 2 $%. Potom při jmenovité rychlosti rotoru $ f_2 = f × S_n = 1 $ Hz.

Proto v rotorovém vinutí asynchronního stroje frekvence indukovaného emf závisí na rychlosti rotoru.

S pevným rotorem $ f_2 = f $ a efektivní hodnota EMF se určuje analogicky s $ E_1 $.

$ E_2 = 4,44 w_2 k_2 f $,

kde: $ w_2 $ a $ k_2 $ jsou počet závitů a součinitel navíjení vinutí rotoru.

Pokud rotor rotuje, pak $ f_2 = f × S_n $ a emf rotujícího rotoru je určen vztahem:

$ E_ <2S>= 4.44 w_2 k_2 f_2 Φ = E_2 S $.

EMF indukovaný v vinutí rotoru se mění v poměru k prokluzu a motor má nejvyšší hodnotu v době startu.

Poměr EMF statoru k EMF stacionárního rotoru se nazývá transformační poměr asynchronního stroje.

Napíšeme rovnovážnou rovnici pro jednu fázi zkratovaného rotoru.

S pevným rotorem.

kde: $ x_2 = 2πfL_2 $ je indukční odpor vinutí stacionárního rotoru, který je spojen se svodovým tokem;
$ R_2 $ je aktivní odpor vinutí rotoru spojený se ztrátami vytápění vinutí.

S rotujícím rotorem.

kde: $ x_<2S>= 2πf_2L_2 = 2πfL_2S = x_2S $ je indukční odpor vinutí rotujícího rotoru.

Pro rotorový proud v obecném případě můžete získat tento poměr:

Z toho vyplývá, že proud rotoru závisí na skluzu a zvyšuje se s jeho nárůstem, ale pomaleji než EMF.

Navíjení rotoru, stejně jako vinutí statoru, je vícefázové a když se v něm objeví proud, vytvoří vlastní rotační magnetické pole. Označte $ n_2 $ frekvenci otáčení magnetického pole rotoru vzhledem k rotoru.

$ n_2 = (60 f_2) / p = (60 fS) / p $.

Zde $ p $ je počet párů pólů navíjení rotoru, vždy se rovná počtu dvojic pólů vinutí statoru.

Pokud jde o stator, magnetické pole rotoru se otáčí frekvencí

Ze získaného vztahu vyplývá, že magnetické pole rotoru vůči statoru se otáčí se stejnou frekvencí jako magnetické pole statoru. To znamená, že magnetické pole rotoru a statoru jsou vůči sobě fixní. Proto při analýze provozu asynchronního stroje lze použít stejné vztahy jako transformátor.

2.5.3. Proud statoru

Vzhledem k tomu, že výsledné magnetické pole asynchronního stroje nezávisí na jeho provozním režimu, je možné vytvořit rovnici magnetomotivních sil pro jednu fázi, která odpovídá magnetomotivní síle v režimu volnoběhu a součtu magnetomotivních sil v režimu zatížení.

$ İ_0 w_1 k_1 = 1_1 w_1 k_1 + 2_2 w_2 k_2 $

Odtud $ İ_1 = İ_0 + İ'_2 $.

Zde $ I_0 $ je proud ve vinutí statoru v ideálním režimu volnoběhu, $ I'_2 = -I_2 (w_2k_2) / (w_1k_1) $ je složka proudu statoru, která kompenzuje působení síly magnetického pohonu vinutí rotoru. Výsledný výraz pro statorový proud odráží samoregulační vlastnost asynchronního stroje. Čím vyšší je proud rotoru, tím větší je proud statoru. V klidovém režimu je proud statoru minimální. V režimu zatížení se statorový proud zvyšuje. Skutečný proud bez zatížení asynchronního stroje $ I_0 = (20 ÷ 60)% I<1н>$ a výrazně více než jmenovitý proud než transformátor. Vysvětluje to skutečnost, že aktuální hodnota $ I_0 $ závisí na magnetickém odporu média, ve kterém je magnetické pole vytvořeno. Asynchronní stroj, na rozdíl od transformátoru, má vzduchovou mezeru, která vytvoří velký odpor vůči magnetickému poli.

2.6. Elektromagnetický momentový asynchronní stroj

Elektromagnetický moment se vyskytuje v přítomnosti magnetického pole vytvořeného vinutem a proudem statoru v vinutí rotoru. Lze prokázat, že elektromagnetický moment je určen vztahem:

$ M = C Φ I_2 cos ψ_2 $.

Zde: - konstruktivní faktor;
$ ω_0 = 2 π f / p $ je rychlost otáčení magnetického pole;
$ ψ_2 $ - fázový posun mezi EMF a rotorovým proudem;
$ I_2 cos ψ_2 $ je aktivní složka proudu rotoru.

Velikost elektromagnetického momentu tedy závisí na výsledném magnetickém poli Φ a na aktivní složce rotorového proudu.

Na obr. 2.12 je vysvětlení vlivu $ cos ψ_2 $ na velikost elektromagnetického momentu: a) $ ψ_2 = 0 ° $, $ ( cos ψ_2 = 1) $; b) $ ψ_2 = 90 ° $, $ ( cos ψ_2 = 0) $.

Jak vyplývá z obr. 2.12.а, jestliže $ ψ_2 = 0 ° $, všechny vodiče rotorového vinutí se podílejí na vytváření elektromagnetického momentu, tj. moment je nejdůležitější. Pokud je $ ψ_2 = 90 ° $ (obr. 2.12.b), výsledná elektromagnetická síla a moment jsou nulové.

V režimu motoru se při změně zatížení hřídele změní otáčky rotoru, což vede ke změně skluzu, frekvenci proudu rotoru, indukční odpor rotoru a $ cos _2 $. V důsledku toho se změní točivý moment. Na obr. 2.13 Vysvětlení vlivu indukčního odporu rotoru na úhel $ ψ_2 $ je dáno: a) při $ S = 1 $ (start-up); b) při $ S≤1 $ (po akceleraci). Největší hodnoty EMF a frekvence rotorového proudu jsou v době startu do kurzu, když je skluz $ S = 1 $. Současně $ f_2 = f_1 $, $ X_2 gt gt R_2 $, úhel $ ψ_2 $ je blízko $ 90 ° $ (obr. 2.13.a).

Vzhledem k malému $ cos ψ_2 $ v okamžiku spouštění mají asynchronní motory omezený počáteční točivý moment. Množství počátečního točivého momentu (ve srovnání s nominálním) je

$ M_ <пуск>/ M_n = 0,8 ÷ 1,8 $.

Velké množství se navíc vztahuje na motory speciálního provedení s vylepšenými počátečními vlastnostmi.

Jak rotor motoru zrychluje, frekvence rotorového proudu se snižuje, indukční odpor rotoru se snižuje.<2S>$ a úhel $ ψ_2 $ klesá (obr. 2.13.b). To vede k nárůstu točivého momentu a dalšímu zrychlení motoru.

Nahrazujeme vztahy pro $ I_2 $, $ cos ψ_2 $ a Φ, získané dříve pro výraz pro elektromagnetický moment:

kde: $ k_<тр>$ - poměr transformace asynchronního stroje.

Express $ E_2 = E_1 / k_<тр>$ a $ E_1 $ se rovnají napětí $ U_1 $, sčítané ke statorovému vinutí ($ E_1≈U_1 $). Jako výsledek získáváme další výraz pro elektromagnetický moment, který je vhodný pro analýzu provozu stroje při budování jeho vlastností

Z získaného výrazu pro elektromagnetický moment vyplývá, že silně závisí na použitém napětí ($ M sim U_1 ^ 2 $). Například pokud napětí klesne o 10%, elektromagnetický moment klesá o 19% ($ M sim (0.9U_1) ^ 2 = 0.81U_1 ^ 2 $). Jedná se o jednu z nevýhod asynchronních motorů, neboť vede ke snížení produktivity práce a ke zvýšení produkce odpadů.

2.7. Závislost elektromagnetického momentu na skluzu

Výraz pro elektromagnetický moment (*) je platný pro jakýkoliv režim provozu a může být použit pro vytvoření závislosti momentu na skluzu, když se změní z $ + ∞ $ na $ -∞ $ (obr. 2.14).

Zvažte část této charakteristiky odpovídající režimu motoru, tj. při posuvu, změna z 1 na 0. Označte okamžik, kdy motor vyvine během startu ($ S = 1 $) jako $ M_<пуск>$. Klouzání, při kterém moment dosáhne nejvyšší hodnoty, se nazývá kritický skluz $ S_<кр>$ a maximální hodnota okamžiku - kritický moment $ M_<кр>$. Poměr kritického k jmenovitému se nazývá přetížení motoru

$ M_ <кр>/ M_n = λ = 2 ÷ 3 $.

Z analýzy vzorce (*) na maximum lze získat vztahy pro $ M_<кр>$ a $ s_<кр>$

Kritický moment nezávisí na aktivním odporu rotoru, ale závisí na použitém napětí. Snižování $ U_1 $ snižuje kapacitu přetížení asynchronního motoru.

Z výrazu (*), dělení $ M $ o $ M_<кр>$, můžete získat vzorec známý jako "formula Kloss", vhodný pro konstrukci $ M = f (S) $.

Pokud nahradíme nominální hodnoty momentu a skluzu namísto $ M $ a $ S $ ($ M_n $ a $ S_n $) do tohoto vzorce, pak můžeme získat vztah pro výpočet kritického skluzu.

Vlastnosti grafu (obr. 2.14), ve kterých se skluznice liší od 0 do $ S_<кр>$ odpovídá stabilnímu provozu motoru. Na tomto místě je umístěn bod nominálního režimu ($ M_n $, $ S_n $). V rozsahu sklouznutí od 0 do $ S_<кр>Změna zatížení hřídele motoru způsobí změnu rychlosti rotoru, změnu skluzu a změnu momentu. Se zvýšením zatěžovacího momentu na hřídeli se sníží rychlost rotoru, což povede ke zvýšení klouzavého a elektromagnetického točivého momentu. Pokud zátěžový moment překročí kritický moment, motor se zastaví.

Část charakteristiky, kde se změna skluzu změní z $ S_<кр>$ 1 odpovídá nestabilnímu provozu motoru. Tato část vlastností motoru prochází během startu jízdy a při brzdění.

2.8. Mechanická charakteristika asynchronního motoru

Mechanická charakteristika je obecně chápána jako závislost rychlosti rotoru jako funkce elektromagnetického momentu $ n = f (M) $. Tato charakteristika (obr. 2.15) lze získat pomocí závislosti $ M = f (S) $ a přepočítání rychlosti rotoru pro různé hodnoty skluzu.

Protože $ S = (n_0-n) / n_0 $, tedy $ n = n_0 (1-S) $. Připomeňme, že $ n_0 = (60f) / p $ je frekvence otáčení magnetického pole.

Oddíl 1-3 odpovídá stabilnímu provozu, část 3-4 odpovídá nestabilnímu provozu. Bod 1 odpovídá ideálnímu volnoběhu motoru při $ n = n_0 $. Bod 2 odpovídá jmenovitému režimu motoru, jeho souřadnice jsou $ M_n $ a $ n_n $. Bod 3 odpovídá kritickému momentu $ M_<кр>$ a kritická frekvence $ n_<кр>$. Bod 4 odpovídá počátečnímu kroutícímu momentu motoru $ M_<пуск>$. Mechanická charakteristika může být vypočítána a zkonstruována z pasových dat. Bod 1:

kde: $ p $ je počet dvojic pólů stroje;
$ f $ - síťová frekvence.

Bod 2 se souřadnicemi $ n_n $ a $ M_n $. Jmenovitá frekvence rotace $ n_n $ je uvedena v pasu. Nominální moment se vypočítá podle vzorce:

zde: $ P_n $ - jmenovitý výkon (hřídelový výkon).

Bod 3 s souřadnicemi $ M_<кр>n_<кр>$. Kritický moment se vypočte podle vzorce $ M_<кр>= M_nλ $. Kapacita přetížení λ je nastavena v pasu motoru $ n_<кр>= n_0 (1-S_<кр>) $ $ $ S_n = (n_0-n_n) / n_0 $ je jmenovitý skluz.

Bod 4 má souřadnice $ n = 0 $ a $ M = M_<пуск>$. Počáteční točivý moment se vypočte podle vzorce

kde: $ λ_<пуск>$ - v pasu je nastavena násobnost počátečního momentu.

Asynchronní motory mají pevnou mechanickou charakteristiku, protože rychlost rotoru (oddíl 1-3) závisí jen na zatížení hřídele. To je jedna z výhod těchto motorů.

2.9. Společná činnost asynchronního motoru s zatížením hřídele

Na obr. 2.16 popisuje společnou činnost asynchronního motoru s zatížením na hřídeli. Nakládací mechanismus (obr. 2.16.a) je připojen k hřídeli motoru a během otáčení vytváří moment odporu (moment zatížení). Když se změní zatížení hřídele, změní se automaticky rychlost rotoru, proudy rotoru a vinutí statoru a proud spotřebovaný ze sítě. Nechejte motor pracovat se zatížením $ M_<нагр,1>$ v bodě 1 (obr. 2.16.b). Pokud se zatížení na hřídeli zvýší na hodnotu $ M_<нагр,2>$, pracovní bod se přesune na bod 2. Současně se sníží rychlost rotoru ($ n_2 lt n_1 $) a točivý moment se zvýší ($ M_2 gt M_1 $). Snížení rychlosti rotoru vede ke zvýšení skluzu, ke zvýšení proudů v vinutí rotoru a statoru, tj. zvýšit proud spotřebovaný ze sítě.

2.10. Umělé mechanické vlastnosti

Mechanická charakteristika postavená na datu pasu motoru se nazývá přirozená. Změníte-li velikost aplikovaného napětí, aktivní odpor rotoru nebo jiné parametry, získáte jiné mechanické vlastnosti než přírodní, které se nazývají umělé.

Na obr. 2.17 ukazuje mechanické charakteristiky motoru při různých hodnotách použitého napětí.

Jak vyplývá z obr. 2.17 s poklesem dodaného napětí, frekvence rotace magnetického pole $ n_0 $ zůstává nezměněna a kritická hodnota $ M_ klesá<кр>$ a počáteční $ M_<пуск>$ momenty, tj. kapacita přetížení se snižuje a vlastnosti spouštění motoru se zhoršují. Při poklesu použitého napětí se mechanická charakteristika mírnější.

Na obr. 2.18 ukazuje mechanické charakteristiky motoru při různých hodnotách aktivního odporu rotoru.

Jak vyplývá z obr. 2.18 se zvyšujícím se aktivním odporem vinutí rotoru vlivem zavedení reostatu $ R_<доб>$ ve fázovém rotorovém obvodu zůstává nezměněno $ M_<кр>$, tj. přetížená kapacita motoru je udržována, ale dochází ke zvýšení počátečního momentu. Otáčky v ideálním režimu volnoběhu zůstanou nezměněné, rovnající se $ n_0 $. Při zvýšení aktivního odporu vinutí rotoru se mechanické vlastnosti měkčí, tj. zhoršení stability motoru.

2.11. Spuštění asynchronního motoru

V okamžiku zahájení pohybu $ n = 0 $, tj. skluzu $ S = 1 $. Od té doby proudy ve vinutí rotoru a statoru závisejí na skluzu a při zvýšení se zvyšuje, počáteční proud motoru je 5 ÷ 8krát větší než jeho jmenovitý proud

Jak již bylo řečeno, vzhledem k vysoké frekvenci EMF rotoru mají indukční motory omezený počáteční točivý moment.

Pro spuštění motoru je nutné, aby počáteční točivý moment, který vyvinul, přesáhl točivý moment na hřídeli. V závislosti na výkonu napájecích zdrojů a výchozích podmínkách se používají různé metody spouštění, které sledují cíle: snížení počátečního proudu a zvýšení počátečního momentu.

Následující metody spouštění indukčních motorů se vyznačují: přímým napojením na obvod, se sníženým napětím, reostatickým spouštěním, použitím motorů s vylepšenými počátečními vlastnostmi.

2.11.1. Přímé připojení k síti

To je nejjednodušší a nejlevnější způsob, jak začít. Jmenovité napětí je přivedeno na motor manuálně nebo dálkovým ovládáním. Přímé připojení k síti je povoleno, pokud napájení motoru nepřekročí 5% výkonu transformátoru, pokud je také napájena světelná síť. Mezní výkon je způsoben zapnutím proudů v době spouštění, což vede k poklesu napětí na svorkách sekundárních vinutí transformátoru. Pokud není osvětlovací síť napájena z transformátoru, může být přímé připojení k síti použito pro motory, jejichž výkon nepřesahuje 25% kapacity transformátoru.

2.11.2. Začněte se sníženým napětím

Tato metoda se používá při spouštění výkonných motorů, pro které je nepřijatelné přímé připojení k síti. Pro snížení napětí aplikovaného na vinutí statoru se používají tlumivky a stupňovité autotransformátory. Po spuštění se na vinutí statoru aplikuje síťové napětí.

Snížení napětí je dosaženo za účelem snížení počátečního proudu, ale současně, jak vyplývá z obr. 2.17 a 2.17.b se sníží počáteční točivý moment. Pokud je napětí během spouštění sníženo o faktor 3, počáteční moment poklesne třikrát. Tento způsob spouštění lze proto použít pouze tehdy, když na hřídeli není zatížení, tj. v klidovém režimu.

Pokud by podle údajů pasu měl být motor zařazen do sítě podle delta schématu, pak ke snížení startovacího proudu pro čas spuštění, vinutí statoru je zapnuto podle hvězdy.

Hlavní nevýhody této metody spuštění: vysoké náklady na startovací zařízení a neschopnost začít s zatížením hřídele.

2.11.3. Rohové spouštění asynchronních motorů

Tato metoda se používá za silných výchozích podmínek, tj. s velkým zatížením na hřídeli. Při reostatickém spuštění se používají asynchronní motory s fázovým rotorem a v okruhu rotoru je zahrnut startovací reostat. Rostotický start se používá ke zvýšení počátečního momentu. Současně klesá počáteční proud motoru. Při akceleraci motoru se spustí startovací odpor a po dokončení startu se vinutí rotoru zkratuje.

Na obr. Obrázek 2.19 Ukazuje schéma reostatického spouštění (obr. 2.19.a) a mechanické charakteristiky (obr. 2.19.b) během tohoto spuštění.

V době startu (obr. 2.19.a) byl do okruhu rotoru plně vložen startovací reostat ($ R_<пуск3>= R_<пуск1>+R_<пуск2>$), pro které jsou kontakty relé $ K_1 $ a $ K_2 $ otevřené. V tomto případě bude motor spuštěn podle charakteristiky 3 (obr. 2.19.b) při působení počátečního momentu $ M_<пуск>$. Při daném zatížení na hřídeli a zavedeném reostatu $ R<пуск3>$ overclocking končí $ A $. Pro další zrychlení motoru je třeba zavřít kontakty $ K_1 $ a odpor startovacího odporu se sníží na $ R_<пуск2>$ a zrychlení bude pokračovat na funkci 2 až $ B $. Když kontakt zavře $ K_2 $, startovací reostat bude úplně stažen ($ R_<пуск>= 0 $) a konečné zrychlení motoru bude pokračovat podle jeho přirozené mechanické charakteristiky 1 a skončí v bodě $ C $.

Kritický skluz se rovná:

pro přirozenou vlastnost $ S_<кр1>≈R_2 / X_2 $;

pro umělé vlastnosti $ S_<кр3>≈ (R_2 + R_<пуск3>) / X_2 $.

Počáteční točivý moment umělé charakteristiky lze vypočítat pomocí vzorce Kloss

Vzhledem k požadovanému počátečnímu momentu můžete vypočítat $ S_<кр3>$ a počáteční odpor

2.11.4. Používání motorů se zlepšenými počátečními vlastnostmi

Touha spojit výhody asynchronních motorů s rotorem veverky (vysoká spolehlivost) a fázovým rotorem (velký počáteční točivý moment) vedla k vytvoření těchto motorů. Mají zkratované rotorové vinutí se speciálním designem. Jsou zde motory s vinutím rotoru ve formě dvojité "klece veverky" (obr. 2.20.a) a s hlubokou drážkou (obr. 2.20.b).

Na obr. 2.20 znázorňuje konstrukci rotorových motorů se zlepšenými počátečními vlastnostmi.

Motor s dvojitou "klecí veverkou" na rotoru obsahuje dvě zkratované vinutí. Navíjení 1 funguje jako startér a vinutí 2 funguje. Aby bylo dosaženo vyššího počátečního točivého momentu, musí mít počáteční vinutí vyšší odpor než pracovní vinutí. Proto je vinutí 1 vyrobeno z materiálu s vyšším měrným odporem (mosaz) než vinutí 2 (měď). Průřez vodičů, tvořících počáteční vinutí, je menší než průřez pracovního vinutí. To zvyšuje odpor počátečního vinutí.

Pracovní vinutí, nacházející se hlubší, je pokryto velkým magnetickým tokem, než je počáteční. Proto je indukční odpor pracovního vinutí mnohem větší než počáteční. Protože v okamžiku spuštění do kurzu, kdy je frekvence rotorového proudu největší, bude proud v pracovním vinutí, jak vyplývá z Ohmova zákona, malý a hlavně startovací vinutí s vysokým odporem se bude podílet na vytváření počátečního momentu. Při akceleraci motoru se frekvence rotorového proudu snižuje a induktivní odpor rotorových vinutí se snižuje, což vede ke zvýšení proudu v pracovním vinutí, díky čemuž se hlavní tok bude podílet na vytváření točivého momentu. Od té doby má nízkou odolnost, přírodní mechanické vlastnosti motoru budou těžké.

Podobný obrázek je pozorován u motoru s hlubokou drážkou (obr. 2.20.b). Hluboká vinutí (1) může být znázorněna ve formě několika vodičů umístěných podél výšky drážky. Vzhledem k vysoké frekvenci proudu v vinutí rotoru v okamžiku spuštění je "proud přemístěn na povrch vodiče". Díky tomu se při vytváření počátečního momentu podílí pouze horní vrstva rotorových vinutí. Průřez horní vrstvy je mnohem menší než průřez celého vodiče. Proto při spuštění má vinutí rotoru zvýšený odpor, motor rozvíjí zvýšený počáteční točivý moment. Jak motor zrychluje, proudová hustota v průřezu vodičů vinutí rotoru se vyrovnává, odpor rotorového vinutí se snižuje.

Obecně platí, že tyto motory mají pevné mechanické vlastnosti, zvýšený počáteční točivý moment a menší poměr počátečního proudu než motory s rotorovým konvektorem s klasickým designem.

2.12. Regulace frekvence otáčení asynchronních motorů

Během provozu mnoha mechanismů poháněných asynchronními motory je nutné upravit rychlost otáčení těchto mechanismů v souladu s technologickými požadavky. Způsoby řízení frekvence (otáček) otáček asynchronních motorů odhalují vztah:

Z toho vyplývá, že při daném zatížení hřídele lze nastavit rychlost rotoru:

  1. změna skluzu;
  2. změna počtu dvojic pólů;
  3. změna frekvence napájení.

2.12.1. Změna skluzu

Tato metoda se používá v mechanice těch mechanismů, kde jsou instalovány asynchronní motory s fázovým rotorem. Například v pohonu zdvihacích strojů. Nastavovací reostat se zavádí do okruhu fázového rotoru. Zvýšení aktivního odporu rotoru nemá vliv na velikost kritického momentu, ale zvyšuje kritický skluz (obrázek 2.21).

Na obr. 2.21 ukazuje mechanické vlastnosti asynchronního motoru s různými odpory nastavovacího reostatu $ R <р3> gt R_ <р2> gt 0,

Jak vyplývá z obr. 2.21 s touto metodou je možné získat velký rozsah regulace otáček směrem dolů. Hlavní nevýhody této metody jsou:

  1. Kvůli velkým ztrátám na nastavovacím reostatu je účinnost snížena, tj. nehospodárné.
  2. Mechanická charakteristika asynchronního motoru se zvýšením aktivní odolnosti rotoru je měkčí, tj. snížení stability motoru.
  3. Není možné plynule měnit rychlost.

Kvůli výše uvedeným nevýhodám se tato metoda používá k krátkému snížení rychlosti otáčení.

2.12.2. Změňte počet dvojic pólů

Tyto motory (více otáček) mají složitější vinutí statoru, což umožňuje změnu počtu dvojic pólů a zkratovaného rotoru. Při provozu asynchronního motoru je nutné, aby rotorové a statorové vinutí měly stejný počet dvojic pólů. Pouze zkratovaný rotor dokáže automaticky získat stejný počet párů pólů jako pole statoru. V pohonu obráběcích strojů jsou široce používány vícerychlostní motory. Byly nalezeny dva, tři a čtyřirychlostní motory.

Na obr. 2.22 znázorňuje schéma zapojení a magnetické pole statoru motoru v sérii (b) a paralelní (a) připojení polovičních vinutí.

Ve dvourychlostním motoru se vinutí každé fáze skládá ze dvou polovin vinutí. Zahrnují je sériově nebo paralelně, je možné změnit počet dvojic pólů o faktor 2.

Ve čtyřrychlostním motoru by měly být na stator umístěny dvě nezávislé vinutí s různým počtem dvojic pólů. Každé vinutí umožňuje dvakrát měnit počet dvojic pólů. Například pro motor pracující ze sítě s frekvencí $ f = 50 $ Hz s následujícími rychlostmi otáčení 3000/1500/1000/500 [ot./min.] Za použití jednoho ze statorových vinutí je možné získat rychlost otáčení 3000 ot / min a 1500 otáček za minutu / min (s $ p = 1 $ a $ p = 2 $). Pomocí dalšího vinutí je možné dosáhnout rotační rychlosti 1000 ot / min a 500 ot / min (s $ p = 3 $ a $ p = 6 $).

Při přepnutí počtu párů pólů se změní také magnetický tok v mezeře, což vede ke změně kritického momentu $ M_<кр>$ (obr. 2.23.b). Pokud při změně počtu párů pólů se současně mění napájecí napětí, pak může kritický moment zůstat nezměněn (obr. 2.23.a). Tímto způsobem regulace lze získat dva typy rodiny mechanických vlastností (obr. 2.23).

Výhody této metody regulace: zachování tuhosti mechanických vlastností, vysoké KPD. Nevýhody: regulace rychlosti, velká velikost a vysoké náklady na motor.

2.12.3. Změňte frekvenci zdroje napájení

Jako takové zdroje energie, měniče kmitočtu (FCs), prováděné na vysoce výkonných polovodičových zařízeních - tyristorech, se nyní začaly používat. Z rovnice transformátoru EMF $ U_1 = 4,44w_1k_1fΦ $ vyplývá, že udržení magnetického toku nezměněné, tj. aby se zachovala kapacita přetížení motoru, je nezbytné společně s frekvencí měnit účinnou hodnotu použitého napětí. Když je splněn poměr $ U_1 / f_1 = U'_1 / f'_1 $, kritický moment se nezmění a získá se řada mechanických charakteristik, jak je znázorněno na obr. 2.24.

Obr. 2.24. Mechanické vlastnosti s regulací kmitočtu

Výhodou této metody je hladká regulace, schopnost zvyšovat a snižovat otáčky, zachovávat tuhost mechanických vlastností, účinnost. Hlavní nevýhodou je požadavek frekvenčního měniče, tj. dodatečné kapitálové investice.

2.13. Asynchronní stroje s brzdovými režimy

Když funguje mnoho výrobních mechanismů, je třeba rychle zastavit (zpomalit) motor. Pro tento účel jsou široce používány mechanické brzdy, ale asynchronní stroj sám může provádět funkce brzdového zařízení, pracujícího v jednom z režimů brzdění. V tomto případě se jako náhradní nebo nouzové použijí mechanické brzdy, jakož i mechanické udržování mechanismu.

Jsou rozlišeny následující brzdné režimy asynchronních strojů:

  1. generátorové brzdění;
  2. dynamické brzdění;
  3. brzdné opozice.

2.13.1. Brzdění generátoru

Stroj přejde do režimu generátoru, jestliže $ n gt n_0 $, tj. pokud se rotor otáčí rychleji než magnetické pole. Tento režim může nastat při nastavení rychlosti otáčení zvýšením počtu párů pólů nebo snížením frekvence zdroje energie, stejně jako u strojů pro zvedání a přepravu při snížení zatížení, když se rotor začne otáčet rychleji než magnetické pole vlivem gravitace zátěže.

V režimu generátoru se směr elektromagnetického momentu mění, tj. stane se inhibiční, v jehož působení dochází k rychlému poklesu rychlosti otáčení. Současně se změní fáze proudu ve vinutí statoru, což vede ke změně směru přenosu elektrické energie. V režimu generátoru se energie vrací zpět do sítě.

Na obr. 2.25 znázorňuje mechanické vlastnosti brzdění generátoru snížením zatížení (a) a snížením frekvence zdroje (b).

Nechť motor s daným zatížením na hřídeli pracuje v bodě $ A $ (obr. 2.25.a). Pokud se rotor začne otáčet rychleji než magnetické pole při působení sníženého zatížení a operační bod narazí na $ B $ a pak na $ n_to gt0_0 $, vyvinul stroj brzdný moment a rychlost rotace se sníží na méně než $ n_0 $. Jednou z výhod generátorového brzdění v asynchronních strojích je to, že přechod do režimu generátoru nastane automaticky, jakmile se rotor začne otáčet rychleji než magnetické pole. To chrání asynchronní motory před nouzovými situacemi, ke kterým může dojít při stejnosměrných motorech. Asynchronní motory nemohou jít do oblékání. Maximální frekvence otáčení rotoru je omezena frekvencí otáčení magnetického pole.

Nechejte motor pracovat s daným zatížením na hřídeli v bodě $ A $ charakteristiky 1 (obr. 2.25.b). Snížením frekvence napájecího zdroje by měl operační bod přejít do bodu $ C $ charakteristiky 2. Ale pokud je $ n_A $ větší než nová redukovaná frekvence otáčení magnetického pole $ n_$, stroj od bodu $ A $ jde do bodu $ B $, pracuje na segmentu $ B - n_$ v režimu generátoru. Kvůli tomu dochází k rychlému poklesu otáček. Na segmentu $ n_- stroj pracuje v režimu motoru, ale dochází k dalšímu poklesu otáček rotoru, dokud točivý moment není roven zatěžovacímu momentu (t. $ C $). Nový stav rovnováhy s daným zatížením nastane v bodě $ C $. Brzdění generátoru je nejhospodárnější režim, protože mechanická energie se přeměňuje na elektrickou energii a energie se vrací do sítě. Jednou z výhod tohoto režimu brzdění je jeho spontánní vzhled, tj. žádné monitorovací zařízení není nutné.

2.13.2. Dynamické brzdění

Tento brzdný režim slouží k přesnému zastavení výkonných motorů. Během zpomalení je vinutí statoru odpojeno od střídavého napětí a je připojeno ke zdroji s konstantním napětím. V tomto případě stacionární vinutí vytvoří stálé stacionární magnetické pole. Když se rotor otáčí vzhledem k tomuto magnetickému poli, změní se směr EMF a proud rotoru, což povede ke změně směru elektromagnetického momentu, tj. bude zablokován. Pod vlivem tohoto okamžiku dochází k inhibici. Změnou napětí na vinutí statoru můžete nastavit dobu zpomalení. Hlavní výhodou tohoto režimu brzdění je přesná zastávka. Konstantní napětí může být dodáváno do vinutí statoru pouze po dobu brzdění. Po zastavení musí být motor odpojen od sítě DC.

Na obr. 2.26 ukazuje začlenění indukčního motoru a mechanických charakteristik během dynamického brzdění.

Nechejte motor pracovat s nákladem $ A $. Při použití stejnosměrného napětí na vinutí statoru se provozní bod přesune z bodu $ A $ do bodu $ B $ brzdné charakteristiky 2.

Při působení brzdného elektromagnetického momentu se frekvence otáčení sníží na plný doraz (bod 0).

Hlavní nevýhody dynamického brzdění: potřebují zdroj stejnosměrného proudu a jsou neekonomické.

2.13.3. Brzdění opozicí

Tento režim brzdění nastává při obrácení motoru a je také široce používán k rychlému zastavení motoru.

Na obr. 2.27 uvádí mechanické vlastnosti indukčního motoru při brzdění odporu pro přímý (1) a zpětný (2) pořadí fázového otáčení.

Nechte motor se zátěží na hřídeli pracovat v bodě $ A $. Pro zpomalení motoru je nutné změnit fázovou sekvenci, přepněte dvě fáze. Pracovní bod současně jde do bodu $ B $ (obr. 2.27). Na sekci $ B - C $ stroj pracuje v režimu elektromagnetického brzdění a vyvíjí brzdný točivý moment, při jehož činnosti dochází k rychlému poklesu rychlosti na nulu. V bodě $ C $ musí být motor odpojen od sítě, jinak se vrátí.

Výhodou tohoto režimu brzdění je rychlé brzdění, protože brzdný moment působí na celou brzdnou vzdálenost. Nevýhody: velké proudy a ztráty ve vinutí při brzdění, zařízení, které řídí otáčky a odpojuje motor od sítě, když se zastaví. Pokud v pohonu mechanismu motor často pracuje v reverzním režimu, je nutné přeceňovat jeho výkon kvůli velkým ztrátám výkonu.

2.14. Faktor výkonu asynchronního motoru a jeho závislost na zatížení hřídele

Faktor výkonu je určen poměrem

S_1 $ - aktivní, reaktivní a plný výkon motoru.

kde: $ P_2 $ - hřídelová síla (čistá síla;
$ ΔP $ - ztráta výkonu.

kde: $ ΔP_<эл>$ - elektrické ztráty (ztráty vytápění vinutí);
$ ΔP_<ст>$ - ztráta oceli (ztráty jádra);
$ ΔP_<мех>$ - mechanické ztráty.

Elektrická ztráta $ ΔP_<эл>$ závisí na proudech ve vinutích a zvyšuje s rostoucí zátěží na hřídeli. Ztráty v oceli nezávisí na zatížení hřídele, ale závisí na napětí použitém na vinutí statoru.

Mechanické ztráty jsou trvalé ztráty.

V nominálním režimu $ cos φ_н = 0.75 ÷ 0.95,

Snížené $ cos φ_<хх>$ je vysvětlen skutečností, že aktivní výkon je nízký ($ P_<1хх>= ΔP_<эл>+ΔP_<ст>+ΔP_<мех>$) a jalový výkon $ Q_1 $ zůstává stejný jako v nominálním režimu.

Na obr. 2.28 ukazuje závislost účiníku indukčního motoru na zatížení hřídele.

Při velkém podtlaku asynchronního motoru má nízký účiník, který je nehospodárný.

Chcete-li zvýšit $ cos φ $ při nízkém zatížení, doporučuje se snížit napětí dodávané motoru. Tím se snižuje jalový výkon a činitel výkonu se zvyšuje.