Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Статор асинхронного двигателя (рис. 187) состоит из сердечника 2, обмотки 3 и корпуса (станины) 1. Сердечник статора является частью магнитопровода и собран из отдельных стальных пластин 4 толщиной 0,35-0,5 мм. Чтобы снизить до минимума потери энергии на вихревые токи, пластины изолируют друг от друга (чаще всего тонким слоем специального лака). В пазах стального статора укладывают провода, образующие трехфазную обмотку статора. Каждая фазная обмотка состоит из одной или нескольких катушек и рассчитана на определенное номинальное фазное напряжение. На двигателе указывается два номинальных напряжения (например, 380 и 220 В), отличающихся в j/З раз.

При большем напряжении сети фазные обмотки статора соединяют звездой, а при меньшем напряжении - треугольником. В том и другом случае к каждой фазной обмотке подводится одинаковое напряжение, являющееся номинальным фазным напряжением двигателя. Начала обмоток статора обозначают CI, С2, СЗ, а концы - С4, С5, С6.

Расположение выводов обмоток на щитке (рис. 188) удобно для соединения обмоток звездой или треугольником. Сердечник статора с обмоткой расположен (обычно запрессован) внутри корпуса, кото-

Статор асинхронного двигателя
Рис. 187. Статор асинхронного двигателя

рый отливают из чугуна или алюминиевого сплава. С боков сердечник статора закрывается крышками, в которых имеются подшипники.

Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на концах медными кольцами, и называется «беличьим колесом» (рис. 189, а). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием (рис. 189, б).

При прохождении по обмоткам статора трехфазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся с частотой пх = 6011/Д где 1 - частота подводимого к двигателю тока; р - число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.

Если имеются три катушки, то вращающийся магнитный поток имеет два полюса (/7=1) и пх - - 3000 об/мин. Если число катушек увеличить в 2 раза, то р = 2, а пх = = 1500 об/мин.

Магнитные линии поля статора пересекают обмотку ротора и в ней возникает ток, создающий свое магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля статора с частотой п.

Ротор и поле статора вращаются с различными частотами. В противном случае не было бы пересечения ротора силовыми линиями магнитного поля статора. Отношение разности частот вращающегося поля статора пх и ротора п к частоте магнитного поля статора называют скольжением (отставанием): 5 = (п, - п)/пх, или 5 = (п, - п)!пхX Х100%. При пуске двигателя п = 0, а 5 = 1, или 100%.

Во время холостого хода двигатель имеет минимальное скольжение (1-2%). С увеличением нагрузки уменьшается частота вращения ротора и увеличивается скольжение при номинальной нагрузке, достигая 5-6%.

Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличением скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересекают ротор, увеличивается ток в обмотках ротора и статора.

Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения: /2 = /х5. При пуске 5=1 и /2 = /х = 50 Гц. С возрастанием частоты враще-

Расположение выводов обмоток на щитке (а) и соединение обмоток звездой (б) и треугольником (е)
Рис. 188. Расположение выводов обмоток на щитке (а) и соединение обмоток звездой (б) и треугольником (е)
Короткозамкнутая обмотка ротора (а) и короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная в виде алюминиевой отливки (б)
Рис. 189. Короткозамкнутая обмотка ротора (а) и короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная в виде алюминиевой отливки (б):

/- короткозамыкающие кольца; 2 - листы магнитопривода; 3 - вентиляционные лопатки; 4 - стержни ния ротора п уменьшается скольжение S и частота /2. При холостом ходе двигателя /2 = ІЧ-4 Гц.

Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам короткозамкнутых асинхронных двигателей относятся: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos ф.

При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной частотой пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5-8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.

Вращающий момент М асинхронного двигателя образуется в результате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной составляющей тока ротора /а2 = /2cos ф2. Следовательно, М = = C®/2cos ф2, где С - коэффициент, зависящий от конструкции двигателя; ф2 - разность фаз э. д. с. ?2 и тока /2 ротора.

При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя возникает ток наибольшей частоты /2. Поэтому индуктивное сопротивление ротора XL2 = 2лf2L2 значительно больше активного г2. Активная составляющая тока ротора /2cos ф2 = /2г2/]/г\ х?2 и вращающий момент не достигают максимального значения. С увеличением скорости частота /2 тока в роторе и его индуктивное сопротивление начнут уменьшаться, что в свою очередь вызовет увеличение активной составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя достигает наи большего значения при равенстве активного и индуктивного сопротивлений ротора, т. е. при г2 = ХЬ2.

При дальнейшем увеличении частоты вращения это равенство нарушается, т. е.

< г2 и вращающий момент вновь начнет уменьшаться.

При скольжении 5 = 1 (рис. 190) двигатель развивает пусковой момент /Ип, при номинальном скольжении 5Н = 0,02+-0,06- номинальный момент Мн. Максимальный момент /ИтаХ двигатель развивает при скольжении, называемом критическим (5кр я» 0,2).

Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа МСТ применяют в стрелочных электроприводах. Основные характеристики этих электродвигателей приведены в табл. 11.

Электродвигатели типов МСТ-0,25 и МСТ-0,3 устанавливают в электроприводах тяжелых и обычных стрелок электрической централизации, типа МСТ-0,6 - в электроприводах стрелок маневровых районов.

Для увеличения начального вращающего момента, необходимого для перевода стрелок, короткозамкнутую обмотку ротора стрелочных электродвигателей выполняют с повышенным активным сопротивлением. Изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется переменой мест двух линейных проводов, подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть перемен

Г!лс. 190. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения

Таблица 11

Тип электро-

МОЩНОСТЬ,

Напряжение питання, В, при соединении обмоток

Потребляе-

Частота вращения ротора, об/мин

двигателя

Вт

звездой

треугольни ком

мый ток, А

МСТ-0,25

250

220

127

1,4/2,4*

1250±50

МСТ-0,3

300

190+5,? - 9,5

но±5 3?5

2,1/3,6

850+42,5

МСТ-0.3А

300

330±|?,6

190±и.

1,2/2,1

850+42,5

МСТ-0,6

600

190±в6

Н0±1;\

2,8/4,85

2850+285

МСТ-0.6А

600

ззо±ї“,5

юо±и.

2/3,46

2850+285

* В числителе указывается потребляемый ток при соединении обмоток звездой, в зна-менатсле - при соединении обмоток треугольником.

ного тока без пусковых приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.

Существуют два способа пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Непосредственный (прямой) пуск применяют в случае, если мощность двигателя значительно меньше мощности сети. Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно использовать в том случае, если обмотки статора двигателя постоянно должны быть соединены треугольником. Для того чтобы снизить пусковой ток, на период пуска обмотки статора соединяют звездой (рис. 191, а). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в ]1 3 раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Р2 и обмотки соединяют треугольником.

Для снижения пускового тока последовательно с обмоткой статора можно включать элементы с активным или индуктивным сопротивлением (рис. 191, б и в). После пуска эти элементы шунтируются.

Однофазный асинхронный двигатель. Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя состоит из одной катушки. Ток, проходящий по этой катушке, создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два вращающихся магнитных потока Фх и Ф2, имеющих одинаковую величину, но разное направление вращения.

Первый магнитный поток вращается (относительно неподвижного ротора) с частотой пх по движению часовой стрелки, а второй - с такой же частотой - в противоположном направлении. При пуске моменты Мх и М2, создаваемые каждым вращающимся потоком, равны, но направлены в противоположные стороны. В результате пусковой вращающий момент М - Мх - М2 = 0. Если ротору сообщить первоначальное движение, например по движению часовой стрелки, то вращающийся в этом же направлении магнитный поток Фх будет

Схемы пуска асинхронного двигателя
Рис. 191. Схемы пуска асинхронного двигателя:

а переключением обмоток статора со звезды на треугольник; б, в - с коротко-замкнутым роторам с помощью соответственно активных и индуктивных элементов действовать на ротор, как и в трехфазном короткозамкнутом двигателе. Магнитный поток Ф2, вращающийся относительно ротора в противоположном направленні!, будет индуцировать в роторе токи большей частоты. Индуктивное сопротивление ротора для этой частоты возрастет и еще больше будет отличаться от активного сопротивления. В результате этого вращающий момент Л42 уменьшится. Результирующий вращающий момент М = М, - М2 будет направлен в сторону первоначального движения ротора.

Пусковой вращающий момент в однофазном асинхронном двигателе (рис. 192) может быть получен за счет дополнительной пусковой обмотки ПО, которую укладывают в пазах статора под углом 90° к главной обмотке ГО. Ток !х главной обмотки отстает по фазе от напряжения и на угол чд. Последовательно с пусковой обмоткой включен конденсатор С, и ток /2 опережает по фазе напряжение на угол <р2. Поэтому токи в обмотках сдвинуты на угол ф1 - <р2 = 90е и в машине возникает вращающееся магнитное поле, которое создает пусковой момент. Однофазные асинхронные конденсаторные двигатели типа АСОМ-48 устанавливают в кодовых путевых трансмиттерах, которые применяют в устройствах кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Электродвигатель может питаться от источника с переменным напряжением 110 В частотой 50 и 75 Гц. При частоте 50 Гц в электрическую схему двигателя включают конденсатор емкостью 6 мкФ (рис. 193, а), при частоте 75 Гц - конденсатор емкостью 2 мкФ (рис. 193, б). Основные характеристики электродвигателя типа АСОМ-48: полная мощность 16,5 В - А; полезная мощность 3,5 Вт; к. п. д. 0,3; частота вращения якоря при частоте 50 Гц 982 об/мин, при частоте 75 Гц - 1473 об/мин.

В однофазную сеть можно включать трехфазные асинхронные двигатели (рис. 194).

Рабочие характеристики асинхронного двигателя. На щитке асинхронного двигателя указывают номинальные значения мощности Рн, напряжения {/„, частоты вращения пп и к. п. д. т]н. На рис. 195 показаны рабочие характеристики двигателя, которые показывают при

неизменном номинальном напряжении зависимость частоты вращения п, вращающего момента М, коэффициента мощности cos ф, потребляемого тока 1 и к. п. д. г] от полезной мощности двигателя Р.г. С увеличением нагрузки частота вращения асинхронного двигателя уменьшается незначительно, поэтому характеристика п 1 (Р-.) слабо наклонена к оси абсцисс. Благодаря индуктивности обмотки статора асинхронные двигатели потребляют ток /, отстающий от напряжения на угол ф При холостом ходе cos ф ^ 0,2. С увеличением нагрузки коэффициент мощности cos ф быстро увеличивается, при номинальной нагрузке достигая значения 0,8-0,9. По мере нагрузки двигателя к. п. д. увеличивается и при нагрузке, близкой к номинальной, достигает ц 0,8-^-0,9.

Путевые дроссель-трансформаторы | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Синхронные генераторы

Рекомендуемый контент: