Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.
В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.
Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.
Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.
Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.
Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.
В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:
Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.
В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.
ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
- стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
- высокой надёжностью в эксплуатации;
- низкие эксплуатационные затраты;
- долговечностью функционирования без обслуживания;
- сравнительно высокими показателями КПД;
- невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.
Принцип работы
Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.
Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:
Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.
s = 100% * ( ns / n1) = 100% * (n1 — n2) / n1 , где ns – частота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.
С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.
Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.
Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.
Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.
Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.
Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.
Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 5fan_ru_Исследование трехфазного асинхронного двигателя с коротк. Лабораторная работа 4 Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 1 Цель работы
с короткозамкнутым ротором»
4.1 Цель работы.
Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и освоить приемы снятия его характеристик.
4.2 Основные теоретические сведения
4.2.1 Общие положения
Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлено на рисунке 4.1.
Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.
Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента до частоты вращения больше чем частота вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и направление активной составляющей тока ротора, то есть машина перейдет в генераторный режим. При этом изменит свое направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим.
Характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, то есть неравенства частоты вращения ротора и магнитного поля статора. По этой причине машину называют асинхронной.
С ростом мощности двигателя усложняется задача его нагрузки, растут непроизводительный расход электроэнергии и загрузка электросети. Применение этого метода ограничивается еще и тем, что не всегда представляется возможным создать испытательную установку по причине отсутствия требуемого оборудования и недопустимости перегрузки электросети.
Широкое применение получил более универсальный косвенный метод, применение которого не ограничивается мощностью двигателя. Этот метод заключается в выполнении двух экспериментов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.
Данный опыт даёт возможность изучить свойства магнитной цепи машины, определить возникающие при холостом ходе потери и чисто механические свойства асинхронного двигателя при питании от источника регулируемого напряжения номинальной частоты. Асинхронный двигатель потребляет мощность, которая расходуется в основном на покрытие потерь в стали и механических потерь.
Питание асинхронного двигателя при опыте холостого хода (рисунок 4.2.) осуществляется через Инвертор напряжения, позволяющий изменять напряжение и частоту в широких пределах. При этом вал двигателя должен быть свободным от механической нагрузки.
Рисунок 4.2 — Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Опыт начинают с напряжения питания , затем постепенно понижают напряжение до так, чтобы снять показания приборов в 5—7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номинальному напряжению Uном.
Измеряют линейные значения напряжений и токов, а затем (в зависимости от схемы соединения обмотки статора) определяют фазные значения напряжения и тока холостого хода:
