Асинхронный короткозамкнутый двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Реферат

 

 

 

 

 

Тема: Асинхронный короткозамкнутый двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              Подготовил: Гайсин Ильдар. К

 

                                                              Проверил: Григорьев А. И.

 

 

 

 

 

                                Набережные челны

                                         2014 год

                                                       

Содержание

1. Видение …………………………………………………………………
2. Устройства короткозамкнутого асинхронного двигателя…………..
3. Применение……………………………………………………………...
4. Схемы пуска……………………………………………………..............
5. Схемы торможения ……………………………………………………..
6. Способы регулирования частоты ……………………………………...
7. Преимущества и недостатки…………………………………………....
8. Заключения……………………………………………………………....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Видение

 

Асинхронные двигатели находят широкое применение в хозяйстве. По разным данным, около 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронными электродвигателями.

Широкое применение асинхронных двигателей связано с простотой их конструкции, ее технологичностью и минимальными затратами в эксплуатации, по сравнению с другими видами электрических машин, таких как двигатели постоянного тока, синхронными двигателями и т.д.

Трехфазный асинхронный электродвигатель, традиционного исполнения, выполняющего вращательное движение (конструкция такого двигателя впервые была предложена М.О. Доливо-Добровольским в 1889 году) состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора - магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника - создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных машинах - анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм. Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат. Понятие асинхронной машины связано с тем что ротор ее имеет частоту вращение, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора. Асинхронные двигатели являются основными преобразователями  электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинство механизмов, используемых  во всех отраслях народного хозяйства.

В данном курсовом проекте речь пойдет о трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором.

 

 

 

Устройства

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронных электродвигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля (см. Вращающееся магнитное поле), возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля. Ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю. Впервые явление, названное магнетизмом вращения, продемонстрировал французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращать над ним постоянный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский учёный У. Бейли получил вращение магнитного поля поочерёдным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгое научное изложение сущности этого явления впервые, практически одновременно и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и учёным Н. Тесла. Двухфазный А. э. был изобретён Н. Тесла в 1887 (английский патент № 6481), публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип асинхронных электродвигателей не получил главным образом из-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им первый в мире трёхфазный асинхронных электродвигателей, в котором применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора разместил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрёл фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты английский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им же была предложена конструкция ротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали широко применять только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего асинхронных электродвигателей с таким ротором, как двигатель со специальными пусковыми характеристиками.

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п. Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличья клетка» из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами

 

 

 

 

Асинхронный электродвигатель в разобранном виде: а — статор; б — ротор в короткозамкнутом исполнении; в — ротор в фазовом исполнении;               1 — станина; 2 — сердечник из штампованных стальных листов;                         3 — обмотка;     4 — вал; 5 — контактные кольца.

 

Применение

Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением (общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) и взрывобезопасные (для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле-, брызгозащищённые (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т. д. Некоторые виды асинхронных электродвигателей. (например, шаговые, для следящих систем, схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости и пр.) разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитной аппаратурой, с встроенными редукторами. Трёхфазные асинхронные электродвигатели  сравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и рабочими характеристиками. Основные конструктивные элементы асинхронных электродвигателей: статор — неподвижная часть и ротор — вращающаяся часть. В соответствии со способом выполнения роторной обмотки асинхронных электродвигателей. делятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазор между статором и ротором у асинхронных электродвигателей делается по возможности малым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора асинхронных электродвигателей зависит от частоты вращения магнитного поля статора и определяется частотой питающего тока и числом пар полюсов двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Схема пуска

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а также дешевле и надежнее в работе, чем двигатели с фазным ротором.

Поэтому всюду, где - это возможно, применяются двигатели с короткозамкнутым ротором и подавляющее большинство находящихся в эксплуатации асинхронных двигателей являются двигателями с короткозамкнутым ротором.

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора (рис. 28-1, а).Такой пуск называется прямым.

Рис. 28-1. Схемы способов пуска двигателей с короткозамкнутым ротором: а — прямой; б — реакторный; в — автотрансформаторный; г — с переключением со звезды на треугольник.

А) прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется: при таком включении пусковой ток от номинального  значения увеличивается  до семи раз, уменьшается в течении короткого времени не вызывает перегрева обмоток ротора и статора, такой пуск используют при маломощных не больших и средних двигателей.

У этих двигателей есть недостатки если в сети много таких двигателей то происходит падение напряжения, что приводит к нарушению работы других потребителей.

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора. Такой пуск называется прямым. При этом пусковой ток двигателя  .

Современные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проектируются с таким расчетом, чтобы они допускали прямой пуск. Поэтому прямой пуск возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10—15%).

Нормальным способом пуска двигателей с короткозамкнутым ротором является прямой пуск.

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска двигателя при пониженном напряжении.

Рисунок 6.1 - Графики изменения тока и момента при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Поэтому эти способы пуска применимы, когда возможен пуск двигателя на холостом ходу или под неполной нагрузкой. Необходимость пуска при пониженном напряжении встречается чаще всего у мощных высоковольтных двигателей. Существует несколько способов понижения подводимого к двигателю напряжения.

Б) Реакторный пуск асинхронного короткозамкнутого  двигателя. Реактор это дроссельные катушки,  напряжение понижается в реакторах и на обмотки статора подается пониженное напряжения,  то есть ток не большой и обмотки слишком не нагреваются после полного запуска двигатель переключается через рубильник прямо без реакторов. осуществляется согласно схеме рис. 28-1, б. Сначала включается выключатель В1, и двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку) Р, сопротивление которого хр ограничивает величину пускового тока. По достижении нормальной скорости вращения включается выключатель В2, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети. 
 
Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником  и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе. Выключатель В1 выбирается на такую отключающую мощность, которая позволяет отключить двигатель при глухом коротком замыкании за выключателем, а выключатель В2 может иметь низкую отключающую мощность. 
 
Если составляющие сопротивления короткого замыкания двигателя равны гк и хк, то начальный пусковой ток при прямом пуске 
 
а при реакторном пуске, при пренебрежении активным сопротивлением реактора, 
 

В) пуск асинхронного короткозамкнутого двигателя в автотрансформаторном режиме. Включаем рубильник , автоматический выключатель питание приходит через автотрансформатор происходит падение напряжения. Это напряжение поступает в обмотки статора, и пусковой  ток будет небольшим и незначительным, после полного разгона двигатель включаем на полную мощность. Недостатки этого пуска: уменьшение пускового момента , работает малую и среднюю мощность. осуществляется по схеме рис. 28-1, б в следующем порядке. Сначала включатся выключатели В1 и В2, и на двигатель через автотрансформатор AT подается пониженное напряжение. После достижения двигателем определенной скорости выключатель В2 отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора AT, который в этом случае работает как реактор. Наконец включается выключатель ВЗ, в результате чего двигатель получает полное напряжение. 
 
Выключатель В1 должен быть выбран на отключающую мощность при коротком замыкании, а выключатели В2 и ВЗ могут иметь, меньшие отключающие мощности. Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГССТ 3211—46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения, равным 73, 64 и 55% от первичного при прямой схеме включения и 45, 36 и 27% при обратной схеме включения (рис. 28-2). В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения. 
 
Если пусковой автотрансформатор понижает пусковое напряжение двигателя в раз, то пусковой ток в двигателе или на стороне НН автотрансформатора /„ „ уменьшается также в kaT раз, а пусковой ток на стороне ВН автотрансформатора или в сети 1ПС уменьшается в k'aT раз. Пусковой момент Мп, пропорциональный квадрату напряжения на зажимах двигателя, уменьшается также в klT Раз- 
 

 

Таким образом, при автотрансформаторном пуске Мп и / уменьшаются в одинаковое число раз. В то же время при реакторном пуске пусковой ток двигателей /п д является также пусковым током в сети /п с и пусковой момент М„ уменьшается быстрее пускового тока (в квадратичном отношении). Поэтому при одинаковых величинах /п с при автотрансформаторном пуске пусковой момент будет больше. Однако это преимущество автотрансформаторного пуска достигается ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры. Поэтому автотрансформаторный пуск применяется реже реакторного, при более тяжелых условиях, когда реакторный пуск не обеспечивает необходимого пускового момента.

Г) пуск асинхронного  короткозамкнутого  двигателя переключением «звезда — треугольник». Для асинхронных работающих при соединении обмоток статора  с треугольником приводят пуск  переключением обмотки статора со звезды на треугольник, положение  включателя на звезде. Фазное напряжение уменьшается при этом линейный  ток уменьшается  в 3 раза когда двигатель приобретает максимальные обороты то переключатель быстро переводим из звезды на треугольник.  может применяться в случаях, когда выведены все шесть концов обмотки статора и двигатель нормально работает с соединением обмотки статора в треугольник, например, когда двигатель на 380/220 в и с соединением обмоток Y/A работает от сети 220 в. В этом случае при пуске обмотка статора включ'ается в звезду (нижнее положение переключателя П на рис. 28-1, г), а при достижении нормальной скорости вращения переключается в треугольник (верхнее положение переключателя П на рис. 28-1, г). При таком способе пуска по сравнению с прямым пуском при соединении обмотки в треугольник напряжение фаз обмоток уменьшается в У"3 раза, пусковой момент уменьшается в (]/3)а = 3 раза, пусковой ток в фазах обмотки уменьшается в Y% раза, а в сети — в j/З -1/3 =3 раза. Таким образом, рассматриваемый способ пуска равноценен автотрансформаторному пуску при &ат = ]/31. 
 
Недостатком этого способа пуска по сравнению с реакторным и автотрансформаторным является то, что при пусковых переключениях цепь двигателя разрывается, что связано с возникновением коммутационных перенапряжений. Этот способ ранее широко применялся при пуске низковольтных двигателей, однако с увеличением мощности сетей потерял свое прежнее значение и в настоящее время используется сравнительно редко.