Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
Из волновой диаграммы (см. рис. 2.3) видно, что в момент времени t{ направление ЭДС в фазе, А положительно и, следовательно, направление тока в фазе А—X статора, подключенной к фазе, А сети, тоже будет положительным, т. е. от конца катушки X к ее началу, А (рис. 2.6). Таким образом, в каждой фазе (катушке) статора двигателя вектор магнитной индукции изменяется по синусоидальному закону… Читать ещё >
Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Принцип работы электродвигателя известен из курсов физики и электротехники. Он основан па электромагнитной индукции.
Конструктивно двигатель состоит из двух основных узлов:
- — неподвижного, статора;
- — подвижного (вращающегося), ротора.
Статор. Внутри станины, цилиндра из чугуна или алюминия, помещен сердечник, набранный из колец, штампованных из листовой электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм, изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи.
На внутренней поверхности колец выполнены пазы, предназначенные для укладки обмоток статора. Статор имеет три обмотки (но числу фаз), сдвинутые в пространстве на угол 120° друг относительно друга.
Если эти обмотки подключить к цепи переменного тока, то максимальные значения тока в каждой обмотке и создаваемый ими магнитный поток будут появляться в разные моменты времени через 1/50 с при частоте тока 50 Гц. Поэтому оказывается, что максимальное значение магнитного потока движется по окружности статора и создается непрерывно вращающееся магнитное поле.
Вспомним из электротехники, как создается вращающееся магнитное поле.
Простейшая обмотка статора состоит из трех катушек, смещенных, как уже говорилось, на 120° в пространстве друг относительно друга. Для удобства будем считать, что каждая катушка имеет только один виток. Обозначим начала витков А, В, С, а концы — X, Y, Z (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Обозначение обмоток и размещение их в статоре
Изменение ЭДС в каждой фазе сети происходит по синусоидальному закону и сдвинуто в каждой фазе по отношению к предыдущей на 1/3 периода Т или на угол 120° = 2/Зя, т. е. ЭДС е фаз А, В, С будет равна.
где ?тах — максимальное или амплитудное значение ЭДС, одинаковое по величине для всех трех фаз.
Тогда совмещенная волновая диаграмма, показывающая изменение ЭДС во всех трех фазах сети переменного тока, будет иметь вид, показанный на рис. 2.3.
Соответственно будет изменяться и магнитный поток, создаваемый в каждой фазе, т. е.
Рис. 23. Изменение ЭДС в обмотках статора.
Таким образом, в каждой фазе (катушке) статора двигателя вектор магнитной индукции изменяется по синусоидальному закону, но не вращается вокруг оси. Условимся считать положительным направление ЭДС и тока от конца каждой фазы к ее началу.
Рассмотрим направление ЭДС, тока и вектора магнитной индукции в фазе статора А—X (см. рис. 2.3) при значениях ЭДС фазы А от еА = +?шах до еа — —?тах.
Как видно из рис. 2.4 и 2.5, при изменении направления тока в катушке направление вектора магнитной индукции меняется на противоположное (по правилу правой руки).
Но при одновременном включении трех фаз статора на переменный трехфазный ток результирующий вектор магнитного потока, являющийся геометрической суммой векторов всех трех фаз, будет вращаться.
В этом нетрудно убедиться, рассмотрев направление ЭДС, токов и векторов индукции в каждой фазе статора в моменты времени t{, t2 и t3, отличающиеся на волновой диаграмме на 2/Зтт.
Из волновой диаграммы (см. рис. 2.3) видно, что в момент времени t{ направление ЭДС в фазе А положительно и, следовательно, направление тока в фазе А—X статора, подключенной к фазе А сети, тоже будет положительным, т. е. от конца катушки X к ее началу А (рис. 2.6).
Рис. 2.4. Направление магнитной индукции при еА = Ет
Рис. 2.5. В момент времени, когда ел = -Ет
Рис. 2.6. Образование полюсов при трехфазном токе в момент времени tx
В фазах В и С сети направление ЭДС отрицательно и, соответственно, направление токов в фазах B—Yи C—Zстатора также отрицательно, т. е. ток направлен от начал катушек В и С к их концам Y и Z.
ЭДС в фазе А равна ?тах, в фазе В — 0,5?тах, в фазе С — 0,5?тах. Следовательно, и магнитные индукции Ф в момент времени tx в фазах будут.
При их геометрическом сложении сумма магнитных индукций составит 1.5Фтах (рис. 2.7).
В момент времени t2> который отличается от tx на t2 -1 = 1/3Г, направление ЭДС в фазе В будет положительным, а в фазах А и С — отрицательным. Соответственно будут направлены и токи в фазах статора: в фазе В— Y от конца к началу, а в фазах C—Z и А— X — от начал к концам.
Рис. 2.7. Сумма векторов магнитных индукций трех обмоток статора.
В результате геометрического сложения векторов магнитных индукций всех трех фаз результирующий вектор оказывается смещенным на 120° (1/3 оборота) (рис. 2.8, а) по отношению к положению, которое он занимал в момент времени tx.
Рис. 2.8. Расположение полюсов в статоре в моменты времени t2 (а) и t3 (б).
В момент времени t3 направление ЭДС сети, соответствующие им токи и магнитные индукции будут также отличаться от момента времени t2 на 1/3 периода Т или на 120° (рис. 2.8, б).
Как видно из рассмотренного примера, магнитное поле, создаваемое трехфазным переменным током при протекании через обмотки статора, имеет два полюса или одну пару полюсов р = 1.
За время t2 — tx ось поворачивается на 1/3 оборота, а за время, равное периоду переменного тока Г, — на один оборот. При частоте тока сети.
= 50 Гц число периодов в минуту составит 60 • /t = 3000 мин-1, т. е. магнитное поле, имеющее одну пару полюсов р — 1, за минуту совершит 3000 оборотов.
Таким образом, при увеличении числа нар полюсов частота вращения будет изменяться согласно выражению.
Скорость вращающегося магнитного поля статора п0 называется синхронной потому, что она изменяется одновременно (синхронно) с частотой питающей сети. Ряд синхронных скоростей магнитного поля статора при /1 = 50 Гц в зависимости от числа пар полюсов приведен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Синхронные скорости магнитного ноля статора.
Число пар полюсов р | Синхронные скорости магнитного поля статора и(), мин 1 |
Внутрь статора помещают стальной цилиндр (ротор), набранный из колец электромагнитной стали толщиной 0,25—0,5 мм напрессованных на вал, вращающийся на подшипниках, установленных в крышки, которые крепятся к корпусу двигателя. Вдоль цилиндра (ротора) выполнены пазы. В них укладываются обмотки. У двигателей с короткозамкнутым ротором малой мощности в пазы заливается алюминий. При затвердевании алюминия получаются витки. Одновременно с витками на началах обмоток отливается крыльчатка, которая замыкает начала между собой накоротко. То же сделано и на концах витков обмотки ротора. Поэтому витки получаются замкнутыми накоротко в виде «беличьего» колеса, т. е. короткозамкнутыми, и образуют короткозамкнутый ротор.
В электродвигателях большой мощности одни концы обмоток замыкают накоротко, а другие выводят на контактные кольца, подключаемые через реостат. Это двигатели с контактными кольцами или с фазным ротором.
Магнитный поток статора (Ф), вращаясь в пространстве с постоянной скоростью, наводит в обмотках ротора ЭДС (?2), которая создает ток ротора (/2).
Вращающееся ноле статора (Ф), взаимодействуя с током ротора (/2), создает вращающий момент (М), (направление которого определяется по правилу левой руки), увлекающий ротор в направлении вращения поля.
При этом скорость вращения ротора всегда будет меньше скорости вращения магнитного поля статора, так как если бы ротор вращался со скоростью, равной скорости вращения магнитного ноля статора, то его обмотки были бы неподвижными по отношению к линиям поля статора, не пересекали бы их, в обмотке ротора не индуктировалась бы ЭДС (Е2) и, следовательно, не было бы тока ротора (/2), т. е. отсутствовал бы вращающий момент.
Таким образом, в отличие от синхронной скорости вращающегося магнитного поля статора (/?0), ротор двигателя вращается несинхронно с асинхронной скоростью (п), отставая от частоты вращения магнитного поля статора. Степень отставания ротора относительно вращающегося поля статора характеризуется скольжением ротора.
пли Величина скольжения обычно невелика и при работе ЭД изменяется незначительно (0,05—0,12) в зависимости от нагрузки на двигатель.
Скольжение имеет большое значение для асинхронных двигателей, определяя многие их свойства. Следует иметь в виду, что при s = 1 ротор электродвигателя неподвижен. При уменьшении скольжения частота вращения ротора возрастает, и при s = 0 ротор достигает наибольшей (синхронной) частоты вращения. В этом случае частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора одинаковы.
Обмотки статора могут соединяться либо в «звезду», либо в «треугольник» (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Соединение обмоток в «звезду» и в «треугольник».