Асинхронный двигатель.

Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя.

Рисунок 1 Рисунок 2

На рисунке 1 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

На рисунке 2 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.

Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором, и вращающуюся часть, называемую ротором. В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле. Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.

Частота вращающегося магнитного поля статора n₁ зависит от числа пар полюсов двигателя р, на которое сконструирована обмотка статора, и от частоты тока трехфазной системы n₁=60f/p. Частота тока в цепи (промышленная частота) f=50 Гц. Тогда формула примет вид n₁ = 60*50/p = 3000/p об/мин.

Из формулы следует, что при любой механической нагрузке, которую может преодолеть двигатель, синхронная частота n₁ остается неизменной, так как зависит только от конструкции обмотки статора.

Частота вращения ротора п₂ связана с частотой n₁ характеристикой двигателя, которая называется скольжением, s (маленькая буква): s= (n₁ n₂)/n₁→ n₂= n₁(1—s). Скольжение s изменяется от 0,01 до 0,06 или от 1 до 6 %, возрастая с увеличением нагрузки двигателя. Поэтому частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора двигателя. С ростом нагрузки двигателя частота п₂ немного уменьшается, что и приводит к росту скольжения s. Из-за такого неравенства п₂<n₁ двигатель называется асинхронным.

Для нужд производства электродвигатели выпускаются с разной конструкцией обмоток статора, что создает разное число пар полюсов р и, следовательно, разные значения частоты n₁ . Следует иметь в виду, что при изменении числа пар полюсов р частота n₁ изменяется скачкообразно. Плавной регулировки изменения частоты n₁ в асинхронных, двигателях, по их конструкции, не может быть. Из-за этого их нельзя применять на подвижном составе электрического транспорта.

В таблице 1 приведены значения n₁, соответствующие числам пар полюсов р, определяемым конструкцией обмотки статора.

Таблица 1

Следует иметь в виду, что синхронную частоту двигателя можно определить и без вычисления, а зная только частоту вращения, ротора n₂ которая по величине близка к ней. Если, например, n₂=2930 об/мин, то ближайшая из указанного ряда синхронных частот вращения может быть только n₁ =3000 об/мин или для n₂=490 об/мин синхронная частота двигателя будет n₁=500 об/мин и т. д. Поэтому в паспорте двигателя указывают только значение номинальной частоты вращения ротора «ном».

Независимо от серии двигателей методика решения задач, при определении их технических характеристик, одинакова. Условное обозначение (маркировка) типов двигателей состоит из цифр и букв, которые расшифровываются следующим образом:

4АНА, X (50—355) S, M, L А, В (2—12) У 1, 2, 3,

4 —порядковый номер серии; А—вид двигателя (асинхронный);

исполнение двигателя по способу защиты от окружающей среды

(Н—защищенные; при отсутствии данной буквы — закрытые обдуваемые); исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А—станина и щиты алюминиевые; X—любое сочетание чугуна и алюминия в качестве материалов станины и щитов; отсутствие зна­ков означает, что станина и щиты чугунные или стальные); высота оси вращения, мм (две или три цифры); установочный размер по длине станины S, M, L (S — станина самая короткая, М — промежуточная, L—длинная); длина сердечника статора (А или В). Отсутствие букв означает наличие только одной длины сердечника; за буквой А или В, а если их нет, то после установочного размера стоит одна из цифр (2, 4, 6, 8, 10, 12) —число полюсов; У —климатическое исполнение (для умеренного климата); 1, 2, 3 —категория размещения (1 — на открытом воздухе, 2 — под навесами, 3 — в закрытых не отапливаемых помещениях).

Например, условное обозначение электродвигателя типа 4А280М6УЗ расшифровывается так: двигатель четвертой серии, асинхронный, закрытый обдуваемый (нет буквы Н), станина и щиты чугунные или стальные (нет буквы А или X), высота оси вращения 280 мм, установочный размер по длине станины промежуточный (М); одна длина сердечника (нет буквы А или В), шестиполюсный (цифра 6), для умеренного климата (У), третья категория размещения (3).

По типу двигателя можно легко определить число пар полюсов и синхронную частоту.

Для данного примера число полюсов шесть. Следовательно, число пар полюсов в два раза меньше, т. е. р= 3. По формуле для n₁ найдем ее величину n₁=3000/p, но р= 3. Тогда n₁=3000/3=1000 об/мин.

Момент вращения Н*м любого двигателя определяется по формуле

М = 9550 P₂/ n , в данном случае она принимает вид:

М =9550 P₂/n₂, где P₂— полезная мощность на валу двигателя; n₂ —частота вращения ротора. При номинальном режиме основные параметры обозначаются: M_ном, Р_2ном, n_2ном.

2. Полезная мощность на валу двигателя

Р₂ =√ 3Uл Iл η cosφ,

где U_л I_л — линейные значения напряжения и тока; η — к. п. д. двигателя; cosφ— коэффициент мощности двигателя. Из этой формулы I_л = Р₂/(√ 3U_л η cosφ).

3. К. п. д. двигателя η = P₂/P₁→P₁ = P₂/ η где P₁— активная мощность, потребляемая двигателем из сети, которую можно также определить по формуле P₁=√3Uл Iлcosφ