Серии асинхронных двигателей и их обозначения
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным роторами начиная с 1950 г. разрабатывались и выпускались в СССР в виде единых серий: А-АО (1949-1951 гг.), А2-А02 мощностью 0,6...100 кВт (1958-1960 гг.); А-АК мощностью 100...1000 кВт (1952-1956 гг.); А2-АК2 мощностью 100...1000 кВт (1964-1965 гг.); АЗ-АОЗ мощностью 132...500 кВт, 4А и АИ (АИР) мощностью 0,06...400 кВт (до настоящего времени). К числу новых относятся серии асинхронных двигателей серий RA (0,37... 100 кВт), 5А (5АН) (0,37...400 кВт) и 6А. Разработка 4А, АИ, RA, 5А и 6А базировалась, кроме отечественных стандартов, на рекомендациях МЭК (Международной электротехнической комиссии). Как и другие электрические машины, асинхронные двигатели различаются по степени защиты (например, IP23, IP44), способу охлаждения (например, IС01, IС0141), способу монтажа (например IM1001). IP означает International Protection, 23 — защищенное, 44 — закрытое исполнение. IС — International Cooling, 01 — машина с самовентиляцией, IС0141 — машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на ее валу. IM — International Mounting; IM1001 — машина на лапах, с двумя подшипниковыми щитами, с горизонтальным расположением вала, с цилиндрическим концом (см. гл.1). Машины подразделяются по климатическим условиям эксплуатации. Используются следующие обозначения климатического исполнения машин, эксплуатируемых на суше, реках, озерах для климатических районов: с умеренным климатом — У; с холодным климатом — ХЛ; с влажным тропическим ТВ; с сухим тропическим — ТС; с сухим влажным — Т; общеклиматическое исполнение — О. Примеры обозначения асинхронных двигателей: 5А250М-4 — асинхронный двигатель 5 серии; 250 — выcота оси вращения, мм; М — длина средняя корпуса по установочным размерам; 4 — число полюсов (1500 об/мин). RA100M4 — российский асинхронный двигатель; 100 — высота оси вращения, мм; М — длина средняя корпуса по установочным размерам; 4 — число полюсов (1500 об/мин). 4А20014УЗ, 4AH200L4Y3 — асинхронный двигатель 4 серии; закрытый обдуваемый, Н — защищенного исполнения; 200 — высота оси вращения, L — большая длина корпуса по установочным размерам, 4 — число полюсов (1500 об/мин). У — для районов с умеренным климатом, 3 — категория размещения. MTKF-311-6, МТКН-311-6 — асинхронный двигатель краново-металлургический, работающий при повышенных температурах; F, Н — классы нагревостойкости, 3 — габарит; 1 — первая серия; 1 — первая длина; 6 — число полюсов (1000 об/мин). Некоторые серии и типы асинхронных трехфазных двигателей общепромышленного применения, приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Некоторые серии трехфазных асинхронных двигателей
Режимы работы асинхронной машины. Магнитная цепь АМ. Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле ротора, взаимодействие поля ротора с вращающимся магнитным полем статора приводит ко вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы АД иллюстрирует простой опыт, который ещё в XVIII в. демонстрировал французский академик Араго (рис. 3.6). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита. Рис. 3.6. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя
Явление это объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила, в этих контурах появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие конуры в сплошном диске, может представить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы и соединяющие их сегменты обода и «гулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводится в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда скорость вращения диска близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом — вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре АД осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз. Рассмотрим получение вращающегося магнитного потока в асинхронном двигателе с тремя фазными обмотками статора, соединенными «звездой». От источника питания к обмоткам подводится трехфазная система напряжения, под действием которой по обмоткам протекает трехфазная система токов, сдвинутых друг по отношению к другу на 120°: ; ; (3.1) .
Изобразим условно сечение АД, при этом представим, что каждая из фазных обмоток, по которым протекают токи iA, iB, iС представлена в виде одного витка (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Диаграмма фазных токов (а), сечение АД с указанием направлений фазных токов и картина магнитного поля АД при значении тока в фазе А, равном 1т (б)
Покажем стрелками условные положительные направления токов в проводах и магнитных потоков фаз, которые изменяются по синусоидальному закону: ; ; (3.2) ; Если бы равные магнитные потоки, сдвинутые на 120°, оставались постоянными, то результирующий магнитный поток двигателя был бы равен нулю. Однако потоки вслед за вызывающими их токами изменяются по синусоидальному закону (3.2), и по мере их изменения результирующий магнитный поток вращается, принимая через каждые 30° поворота или через 1/12 полного оборота значение, равное:
. (3.3)
Рис. 3.8. Направления фазных токов и магнитные потоки двигателя, соответствующие значениям угла поворота поля 0, 30, 60 и 90°
Это нетрудно проследить по рис. 3.7,б и 3.8: по мере изменения токов фаз наибольшее значение магнитного потока Ф изменяет свое направление, как бы поворачиваясь в течение одной четверти периода последовательно на 30, 60 и 90°. Полная картина магнитного поля двигателя, соответствующая времени поворота на 90°, представлена на рис. 3.7,б. Следовательно, за время одного полного колебания тока в одной из фаз, соответствующее периоду Г, амплитуда потока Ф совершит в расточке статора один полный оборот. Это явление и называют вращающимся магнитным полем. Как видим, его вполне можно сопоставить с полюсами вращающегося постоянного магнита в опыте Араго. Подчеркнем еще раз, что для получения кругового вращающегося магнитного потока необходимы два условия: во-первых, фазные обмотки статора должны быть сдвинуты в пространстве на некоторый угол; во-вторых, токи в фазных обмотках должны быть сдвинуты по фазе на некоторый угол. В симметричной трехфазной системе этот угол в обоих случаях равен 120°. При невыполнении хотя бы одного из этих условий суммарный поток вращающимся не будет. Частоту вращения поля статора называют синхронной. Она зависит лишь от частоты тока f1 статора и числа пар полюсов статора р1двигателя. В практической системе единиц синхронная скорость определяется простым соотношением, мин-1: . (3.4) В системе СИ угловая частота вращения, рад/с или с-1: . (3.5) Скорость вращения в оборотах в минуту и угловая скорость связаны между собой простыми соотношениями: n1 = 9,55 ω1 .(3.6) ω1 = 0,1046n1. Числом пар полюсов двигателя р1называют отношение длины окружности по среднему диаметру D (радиусу R) воздушного зазора к удвоенному полюсному делению (длине полупериода) обмотки статора τ: P1 = π D/2τ = π R/τ. (3.7)
Как отмечалось, пары полюсов АД можно уподобить полюсам вращающегося магнита из опыта Араго. Легко видеть, что в модели двигателя, изображенного на рис. 3.7—3.8, половина длины окружности равна полюсному делению, т. е. двигатель имеет одну пару полюсов: р1= 1. Следовательно, синхронная скорость такого двигателя равна: n1= 60 f1/p1 = 60 • 50/1 = 3000 мин -1. (3.8) Число пар полюсов АД может быть равно 1, 2, 3, 4 и т. д. Соответственно синхронные скорости двигателей будут равны 3000, 1500, 1000, 750 об/мин. Как уже отмечалось выше, вращающееся магнитное поле наводит в стержнях обмотки ротора переменную электродвижущую силу (ЭДС). Благодаря наличию короткозамыкающих колец в обмотке ротора возникает ток, который создает магнитное поле ротора. Поле ротора сцепляется с магнитным полем статора, подобно тому, как взаимодействуют полюса двух соосно расположенных подковообразных магнитов. Ротор АД увлекается полем двигателя и приходит во вращение, однако скорость его вращения в двигательном режиме всегда меньше синхронной скорости, отчего такую машину называют асинхронной. Таким образом, вращающееся поле статора и поле ротора взаимно неподвижны и составляют, в сущности, единое поле машины. Отметим, что это — одно из важнейших условий электромеханического преобразования в любой электрической машине вообще. Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением и обозначают буквой s: s = (п - п2) n1. (3.9) При пересечении полем статора проводников обмотки ротора в последних индуктируются ЭДС с направлением, определяемым по правилу правой руки. Поскольку обмотка ротора короткозамкнутая, то под действием этих ЭДС в проводниках возникают токи, активные составляющие которых совпадают по фазе с индуцированными ЭДС. Частота ЭДС и токов в проводниках ротора f2 в общем случае отличаются от частоты питающего тока f1. Частота тока ротора зависит от скольжения: . (3.10) Взаимодействие тока в проводнике ротора с вращающимся магнитным потоком статора приводит к появлению электромагнитной силы Fэм i, направление которой определяется по правилу левой руки. Результирующее усилие, приложенное ко всем проводникам ротора равно сумме усилий развиваемых всеми токами проводников ротора:
Результирующее усилие образует электромагнитный момент машины Мэм который можно определить из выражения: , (3.11) где Ф — рабочий поток машины; 12соsψ2— активная составляющая тока в фазе ротора; ψ2 — фазовый сдвиг между ЭДС Е2 и током в фазе ротора; См = рт2Коб2— конструктивная постоянная машины, зависящая от числа пар полюсов p, числа фаз обмоток ротора т2(для короткозамкнутого ротора т2равно числу стержней обмотки) и обмоточного коэффициента Коб2, который для обмотки типа «беличья клетка» равен 1. В установившемся режиме электромагнитной момент равен моменту механического сопротивления М на валу машины. От величины и знака момента сопротивления зависят режимы работы асинхронной машины. Различают режимы: генераторный, двигательный и противовключения или электромагнитного тормоза, которые подробнее будут рассмотрены ниже. Выше подчеркивалось, что поля ротора и статора взаимно неподвижны. Покажем это. В общем случае магнитное поле статора и ротор вращаются с разными скоростями, т. е. п2не равно и,, но магнитные поля, создаваемые токами в фазах ротора и статора (при разных частотах f1и f2) оказываются взаимно неподвижными, т. е. результирующие потоки статора и ротора вращаются в одну сторону и с одинаковой скоростью n1. Скорость вращения поля ротора относительно ротора: п2П =n1s. (3.12) Поле ротора вращается относительно неподвижного статора с частотой, складывающейся из частоты вращения ротора и частоты вращения поля относительно ротора: п2П + n2= sn1 + n1 (1 - s) = n1. (3.13) Таким образом, взаимно неподвижные потоки статора и ротора взаимодействуют между собой, обеспечивая обмен энергией между статором и ротором, так же как и в трансформаторе. Аналогия с трансформатором становится особенно полной и очевидной при пуске АД, когда ротор еще неподвижен, и частота токов в обмотке ротора равна частоте токов статора.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2306)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |