Конструкция АД. Схема замещения АД

Асинхронная машина — это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными скоростями.

Основными частями асинхронной машины являются статор — неподвижная часть и ротор — вращающаяся часть.

Сердечник статора является неподвижной частью магнитопровода и представляет собой полый цилиндр, набранный из стальных пластин, имеющих вид кольца и изолированных друг от друга. Стальной сердечник магнитопро­вода статора закрепляют в стальном или алюминиевом корпусе, охватывающем его со всех сторон. К боковым сторонам корпуса крепят подшипниковые щиты. При штамповке стальных пластин на внут­ренней их стороне делают выступы различной формы. В результате при сборке на внутренней поверхности ци­линдра статора получаются пазы, направленные вдоль образующей цилиндра. В пазы закладывают обмотку ста­тора, которая у трехфазного асинхронного двигателя состоит из трех фазных обмоток, смещенных в простран­стве друг относительно друга в общем случае на угол 120° /р, где р — количество пар полюсов результирующего магнитного поля. Начала и концы фазных обмоток выво­дят наружу, они могут быть присоединены к зажимам специального щитка. Выводы обмоток охватывают алю­миниевыми хомутиками, на которых обозначены буквы и цифры, принятые для обозначения выводов. На щитке двигателя выводы обмоток располагают так, как показано на рис. 12.2. Это позволяет легко и удобно с помощью коротких плоских пластин соединять обмотки статора звездой (рис. 12.2 а) или треугольником (рис. 12.2 б). На паспортной пластинке, укрепленной на корпусе, ука­зывают два номинальных линейных напряжения, различа­ющихся в раза. Меньшее значение указанного напря­жения является номинальным напряжением, на которое рассчитаны фазные обмотки статора. Способ соединения обмоток зависит от линейного напряжения в трехфазной сети. Если линейное напряжение источника питания рав­но наибольшему напряжению, указанному в паспорте машины, то обмотку его статора соединяют звездой, в противном случае — треугольником. В некоторых слу­чаях обмотки соединены внутри двигателя и снаружи имеется только три вывода. В этом случае на щитке ука­зано линейное напряжение. Ротор асинхронного двигателя также набирают из стальных штампованных листов (рис. 12.3). Насажен­ные на вал, они образуют ротор, имеющий форму цилиндра. По наружному периметру листа штампуют отвер­стия, образующие пазы ротора, в которые закладывают обмотку. Форма пазов может быть различной (рис. 12.4). Двигатели большой мощности имеют ротор с вентиляци­онными отверстиями для охлаждения.

По конструктивному исполнению обмотки ротора асин­хронные двигатели подразделяют на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Короткозамкнутая обмотка образуется медными или латун­ными неизолированными стержнями, помещаемыми в пазы ротора. Поперечное сечение этих стержней имеет форму паза. По торцам стержни соединяют медными короткозамыкающими кольцами. Получается обмотка, не имею­щая никаких выводов (рис. 12.5). Такие обмотки могут быть одноклеточными и двухклеточными (форма паза на рис. 12.4д). Число фаз такой обмотки равно числу пазов, в которых она размещена.

У машин малой мощности (до 100 кВт) пазы ротора зали­вают расплавленным алюмини­ем. При этом сразу отливают стержни обмотки, короткозамыкающие кольца и вентиля­ционные лопатки (рис. 12.6).

Обмотку фазного ротора выполняют из изолированных проводников аналогично обмот­ке статора. Фазные обмотки ротора соединяют звездой, при этом их начала соединя­ют с контактными кольцами, расположенными на валу и изолированными как от вала, так и друг от друга. Контактные кольца вращаются вместе с валом. По ним скользят неподвижные щетки, к которым подсоединены реостаты, соединенные звездой (рис. 12.7).

Билет 2. 1. Периодические величины изменяются во времени по значению и направлению, причем эти изменения повторяются через некоторые равные промежутки времени Т, называемые периодом.

Любая периодическая величина имеет ряд характерных значений. Максимальные значения, или амплитуды, ЭДС, напряжения и тока обозначают соответственно U_m, E_m и I_m. Значения периодически изменяющейся величины в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают e, u, i. Максимальное значение – частный случай мгновенного. Величину, обратную периоду и равную числу полных изменений периодической величины за 1 с, называют частотой: f=1/T.

Действующим значением син. тока называют такое значение постоянного тока, при котором в одном и том резисторе с сопротивлением R за время одного периода T выделяется столько же теплоты, сколько и при син. токе. Или же это среднеквадратичное значение величины за период: I=I_m/ .

2. Уравнение электрического и магнитного состояния идеального тр-ра: E_m1=2πW₁fФ_m=2πW₁fSB_m;

E_m2=2πW₂fФ_m=2πW₂fSB_m; где S – сечение магнитопровода; B_m – максимальное значение магнитной индукции в магнитопроводе.

U₁= -E₁’+I₁’r₁+jx₁I₁’; E₂= U₂ – I₂’r₂’ – jx₂’I₂’; I₀=I_0а+I_0р; I₀=I₁+(-I₂’); F₀=F₁+F₂; I₀W₁=I₁W₁+I₂W₂; I₂’=I₂*(W₂/W₁).

Обычно число витков ω₁первичной обмотки транс­форматора не равно числу витков ω₂вторичной обмотки. Это приводит к ряду затруднений при изучении режи­мов работы трансформаторов и при расчете электриче­ских цепей, элементами которых они являются. Во-первых, трансформаторы соединяют различные участки цепи электромагнитным путем, электрически же эти участки остаются несвязанными. При ω2≠ ω₁ ЭДС Е ₁и Е₂ первичной и вторичной обмоток также не равны. Если в электрической цепи последовательно включены п трансформаторов, то при ее расчете приходится п раз изменять по значению ток и напряжение. Во-вторых, при передаче электроэнергии происходит потеря напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Так как номинальные напряжения и токи обмоток отличаются друг от друга в десятки раз и их активные и индуктивные сопротивления различны, то по­тери напряжения в обмотках также различаются в десят­ки раз. Поэтому суммирование потерь напряясения в об­мотках (в вольтах) не имеет никакого физического смыс­ла, хотя понятно, что на значение вторичного напряжения влияют как потери напряжения во вторичной обмотке, так и потери напряжения в первичной обмотке трансфор­матора. Чтобы преодолеть эти затруднения, обе обмотки трансформатора приводят к одному числу витков (обычно вторичную к первичной). Таким образом получают приве­денную вторичную обмотку, имеющую ω₁ витков. Так как число витков обеих обмоток становится одинаковым, то ЭДС обмоток будут равны и совпадают по фазе. При приведении необходимо выполнить условие, что­бы энергетические параметры (мощность, потери мощ­ности) приводимой обмотки не изменились и не повлия­ли на энергетические соотношения в трансформаторе. ЭДС, напряжение, ток и сопротивления приведенной об­мотки обозначают теми же буквами, только со штрихом сверху:

E₂‘, U₂’, I₂’, R₂’, X₂’, Z₂’.

3. Принцип работы АД.

Созданное обмоткой статора вращающееся с часто­той п ₁магнитное поле (магнитный поток Ф₁) пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС (рис, 12.14). Рассмотрим два проводника (1 и 2) обмотки ротора, расположенные диаметрально про­тивоположно на осевой линии магнитно­го потока. Согласно правилу правой руки ЭДС в проводнике 1 направлена «на чита­теля», а в проводнике 2 — «от читателя». Проводники обмотки ротора (как короткозамкнутого, так и фазного) образу­ют замкнутую цепь, и под действием ЭДС в них возникает ток ротора, направление активной составляющей которого совпа­дает с направлением ЭДС. На проводни­ки ротора с током, расположенные в маг­нитном поле, действуют силы F, пропорциональные магнитной индукции в месте расположения проводников, активной составляющей тока в них и дли­не проводников. Направление силы (см. рис. 12.14) оп­ределяют по правилу левой руки. Такие же силы дей­ствуют на все проводники обмотки ротора, при этом возникает вращающий момент на валу. Если вращаю­щий момент превысит значение тормозного момента на валу, ротор начнет вращаться, и его частота вращения будет возрастать до тех пор, пока не наступит равнове­сие моментов при некотором значении частоты враще­ния n₂=const.

Направление вращения ротора совпадает с направле­нием вращения магнитного поля статора. Но частота вра­щения n₂в режиме двигателя меньше n₁. Если предста­вить, что n₂=n_1,то проводники ротора не будут пересе­каться вращающимся магнитным потоком, в них не будет индуцироваться ЭДС, в них не будет тока, а следователь­но, сила F, действующая на проводники обмотки ротора, будет равна нулю. В таких условиях ротор сможет вра­щаться только по инерции. Но так как в реальном двига­теле всегда имеются силы трения в подшипниках и тре­ния вращающегося ротора о воздух, то ротор начнет тор­мозиться, т. е. получим

n₂ < n₁. Таким образом, чтобы возникали сила Р и вращающий момент, действующий на ротор, частота его вращения должна быть n₂ < n₁.

Скольжением называют относительную разность час­тот вращения магнитного поля и ротора. Скольжение обозначают буквой Sи выражают в относительных еди­ницах или в процентах:

или

Частота вращения ротора асинхронного двигателя зависит как от скольжения, так и от частоты вращения магнитного поля. Ее можно определить следующим образом:

В режиме двигателя скольжение Sизменяется от 0 до 1. При пуске двигателя п₂ = 0 и S= 1.

Чем больше тормозной момент, создаваемый на валу двигателя, тем меньше частота вращения ротора n₂ и боль­ше скольжение S.Именно потому, что частота вращения ротора не равна синхронной частоте и изменяется с изме­нением нагрузки, двигатель называют асинхронным.

Билет 3. 1. Под средним значением син. величины понимают ее среднеарифметическое значение. Если определять среднеарифметическое значение за период, оно будет =0, т.к. положительная и отрицательная полуволны син. кривых совпадают по форме. Поэтому среднее значение син. тока опр-ют за полпериода. Т.о. за среднее значение син. тока принимают такое значение постоянного тока, при котором за полпериода переносится такой же электрический заряд, что и при син. токе.

I_ср=(2/π)I_m.

При сложении син. величин надо сложить ординаты для ряда значений угла ωt и по точкам построить синусоиду суммарной величины. На рис 2.10 показано сложение двух токой i₁ и i₂. Суммарный ток

I=I_msin(ωt+ψ_i), причем I_m≠I_1m+I_2m, а ψ_i≠ψ_i2-ψ_i1.