Двигатели переменного тока. Общие сведения
 |
|---|
Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, которая обычно и применяется в качестве двигателя. Асинхронная машина - это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от от угловой скорости поля. Иными словами, ротор стремится догнать магнитное поле статора, но не успевает за ним, и его скорость всегда меньше скорости магнитного поля статора. Равенством скоростей ротора и магнитного поля статора обладают другие двигатели, получившие название синхронных.
Асинхронная машина была изобретена М.О. Доливо-Добровольским в 1888г., и до нашего времени сохранила, в основном, ту простую форму, которую ей придал русский изобретатель. Причины широкого распространения асинхронного двигателя(и, собственно, 3-х фазной системы) - его простота и дешевизна. В своей основе двигатель состоит из 3-х неподвижных катушек(обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой, вращающейся катушки.
Асинхронный двигатель может исполняться в однофазном, двухфазном и трехфазном исполнении. Конструктивно двигатель состоит из статора и ротора.
Статор состоит из литого корпуса цилиндрической формы (см. рис.1а). Внутри статора располагается магнитопровод с вырубленными пазами, в которые укладывается статорная обмотка. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку и могут быть соединены как треугольником, так и звездой и подключаются к трехфазной сети. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. Токи в фазных обмотках возбуждают в двигателе вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсов р, 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°/р. Например, для обмотки четырехпоолюсной машины (р=2) этот угол равен 60° (см. рис.1б). Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запресовываются подшипники вала ротора. Ротор состоит из стального вала с напресованным в него магнитопроводом.
По конструкции роторов двигатели делятся на две группы. Первая - с короткозамкнутым ротором, вторая - с фазным. У двигателя с короткозамкнутым ротором в пазы заливаются алюминиевые стержни и накоротко замыкаются по торцам - так называемое "беличье" колесо (рис.2). У 3-х фазного имеются три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток присоединены к кольцам, закрепленным на валу (рис.3). К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки, к которым подключаются сопротивления. В начальный момент пуска ротор находится в заторможенном состоянии, затем сопротивление уменьшают и двигатель плавно запускается, что позволяет снизить пусковой ток.
К обмоткам статора подводится 3-х фазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемого системой 3-х фазного тока.
Особенностью короткозамкнутого асинхронного двигателя является наличие постоянной частоты вращения поля статора, определяемой числом пар полюсов.
Если поменять местами любые две фазы, то возникнет поле обратной последовательности и ротор начнет вращаться в другую сторону.
Именно таким образом осуществляется реверсирование 3-х фазных асинхронных двигателей переменного тока.
 
Двухфазные и однофазные асинхронные двигателиЕсли у статора двигателя только одна однофазная обмотка, то переменный ток в ней будет возбуждать в машине(пока ее ротор неподвижен) переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индуктировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создаст электромагнитные силы, противоположно напрвленные в правой и левой половинах ротора, так что результирующий момент, действующий на ротор, окажется равным нулю, т.е. такой двигатель сам с места тронуться не сможет. |
Двухфазные асинхронные двигатели (или однофазные с конденсаторным пуском). Фактически двигатель запитывается от одной фазы. Но напряжение на второй обмотке смещено по фазе из-за подачи на нее напряжения через конденсатор. Поэтому, если их назвать однофазными с конденсаторным пуском, то тоже будет правильно. Они помимо обмотки, включаемой непосредственно в сеть, имеют вторую обмотку, присоединяемую последовательно с тем или другим фазасдвигающим устройством (конденсатором, катушкой индуктивности. Наиболее выгодным является применение не третьей запускающей обмотки, а конденсатора, и соответствующие двигатели называют конденсаторными (рис.1) |
|
|
Применяются
двухфазные двигатели в различных автоматических устройствах. Частота вращения или вращающий момент регулируется изменением действующего значения или фазы напряжения на одной из обмоток. Такие двигатели вместо обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой имеют ротор в виде полого тонкостенного алюминиевого цилиндра ("стаканчика"), вращающегося в узком воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным сердечником из листовой стали. Двигатели с таким ротором обладают ничтожной инерцией, что практически очень важно при регулировании некоторых производственных процессов.
Однофазные асинхронные двигатели. Такие двигатели не развивают начального пускового момента. Но если его ротор раскрутить в любую сторону при помощи внешней силы, например, руками, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно. Сходные условия создаются у трехфазного двигателя при обрыве одной из питающих фаз. В таких условиях трехфазный двигатель продолжает работать. При этом во избежание сильного нагрева двух обмоток, остающихся включенными, необходимо, чтобы нагрузка двигателя не превышала 50...60% номинальной.
Работу однофазного двигателя можно объяснить, рассматривая переменное магнитное поле как результат наложения двух магнитных полей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой скоростью. Амплитудные значения магнитных потоков этих полей Ф1м и Ф2м одинаковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины, т.е Ф1м = Ф2м = Фм/2.
Простое графическое построение (рис.4) показывает, как в результате сложения двух одинаковых магнитных потоков Ф1м и Ф2м, вращающихся в противоположные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидальному закону:
Ф = Фм*sinωt. В однофазном двигателе это справедливо до тех пор, покаротор неподвижен. рассматривая переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимися полями, создают два одинаковых вращающих момента, напрвленных в противоположные стороны и уравновешивающих друг друга. Равенство двух моментов нарушится, если привести ротор во вращение в любом напрвлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый полем, вращающимся в ту же сторону, что и ротор (прямым полем), становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (обратным полем), благодаря чему ротор может не только сам вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.
Задача пуска
в ход однофазного двигателя решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, рассчитанная на кратковременное включение и отключаемая по окончании пуска. Раньше такие двигатели повсеместно устанавливали на стиральных машинах. Интересующиеся могут посмотреть раздел "Схемы старых стиральных машин.".
А мы в заключение приведем справочные данные основных параметров некоторых серий асинхронных двигателей.
| Серия электродвигателей | Номинальная мощность Рн, кВт | Номинальное напряжение Uн, В | cosφ | КПД, % | Номинальная частота вращения, об/мин | Увеличение пускового тока по отношению к рабочему (кратность) |
|---|---|---|---|---|---|---|
А |
1 - 10 7 - 75 55 - 200 200 500 - 800 |
220; 380 380 380 6000 6000 |
0,86 - 0,89 0,81 - 0,88 0,80 - 0,87 0,875 0,88 - 0,90 |
79,0 - 87,5 86,0 - 92,0 90,2- 93,6 90,0 93,0 - 93,5 |
2850 - 2890 970 - 980 575 - 590 985 985 |
6 - 7 4,5 - 5,5 4,3 - 5,2 6,6 4,5 - 5,3 |
АО( АОЛ) |
0,4 - 7 10 - 100 320 400 - 630 250 - 400 |
220; 380 380 380 6000 6000 |
0,86 - 0,89 0,88 - 0,90 0,9 0,88 - 0,89 0,81 - 0,82 |
79,0 - 87,5 87,5 - 92,0 94,5 92,5 - 93,5 91,0 - 92,5 |
2850 - 2900 1460 - 1470 1480 985 590 |
6 - 7 6,5 - 7 6,3 5,3 - 6,1 5 - 5,7 |
АН |
1000 - 2000 200 - 1250 |
6000 6000 |
0,87 - 0,88 0,67 - 0,79 |
94,4 - 95,2 91,0 - 94,5 |
990 365 - 370 |
6 - 6,5 3,9 - 5 |
ДАЗО (односкоростные) |
1600 |
6000 |
0,82 |
93,0 |
596 |
5,3 |
А2 |
17 - 125 7,5 - 45 |
220; 380 220; 380 |
0,88 - 0,90 0,78 - 0,87 |
88,0 - 94,0 85,0 - 92,0 |
2940 - 2950 730 - 735 |
7 7 |
АО2 (АОЛ 2) |
0,8 - 100 |
220; 380 |
0,86 - 0,92 |
78,0 - 91,5 |
2940 - 2950 |
7 |
ДАЗО (двухскоростные) |
320 - 135 400 - 170 |
380 6000 |
0,90 - 0,82 0,85 - 0,72 |
92,0 - 90,0 90,0 - 87,0 |
989/742 992/745 |
5,3 - 5,5 6,4 - 6,7 |
 |