Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя (стр. 2 из 15)

Рисунок 1.3 – Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой

Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с вентиляционными крыльями (рисунок 1.3).

В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по типу обмотки статора.

Как правило, фазную обмотку ротора соединяют в звезду. При этом концы обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.

Схемы двигателей приведены на рисунке 1.4. Обмотки двигателя могут быть соединены в звезду или в треугольник.

Рисунок 1.4 Схемы асинхронных двигателей

1.1.2 Степени защиты асинхронных двигателей

Характеристики степеней защиты электрических машин обозначают двумя латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами.

Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а также от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов; вторая (от 0 до 8) – степень защиты от проникновения внутрь машины влаги. Таким образом, открытые машины в которых не предусмотрено никаких мер защиты, обозначаются IP00.

Наиболее распространенными исполнениями машин по степени защиты являются IP22, IP23, IP44, и IP57.

Исполнения IP22 и IP23 соответствуют защите от возможности соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм, а также защите от проникновения внутрь машины капель воды, попадающих под углом не более

к вертикали (IP22) или не более (IP23) и продувом воздуха через машину. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух, проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Двигатели этих исполнений назвали каплезащищенными. Они выполняются с самовентиляцией.

Машины исполнения IP44 защищены от возможности соприкосновения инструментов, проволоки или других предметов, толщина которых не превышает 1мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь двигателя предметов диаметром более 1 мм.

Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса брызг любого направления. Такие машины называют закрытыми. В большинстве случаев они имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этом прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала, но закрытого кожухом.

Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от попадания пыли внутрь корпуса и может работать будучи погруженной в воду.

1.1.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с полюсами

, эквивалентное полю постоянного магнита.

Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем вращать по часовой стрелке, а короткозамкнутую обмотку ротора – одним короткозамкнутым витком, закрепленным на осях с возможностью вращения. Это изображено на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Принцип действия асинхронного двигателя

В момент запуска двигателя, когда ротор неподвижен, а внешнее магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить, используя правило правой руки.

Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет электрический ток, практически совпадающий по фазе с ЭДС.

Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки.

Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник выталкивается из поля вправо, а нижний – влево, т.е. электромагнитные силы, приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.

Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор, превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в направлении вращения магнитного поля двигателя.

По мере возрастания частоты вращения

ротора относительная разность частот сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение вращающего момента.

Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частоты вращения ротора прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом (моментом сопротивления), создаваемым производственным механизмом, который приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет вращаться с постоянной частотой

, а в короткозамкнутых контурах его обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающегося момента, равного моменту тормозному.

Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые наводятся этим полем в проводнике ротора. Очевидно, что возникновение токов в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии разности частот вращения магнитного поля статора

и ротора .

Магнитное поле статора и ротора асинхронного двигателя вращаются в пространстве с разной частотой: частота оси вращения ротора двигателя

всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. С этим связано название машины: асинхронный двигатель.

При анализе работы асинхронной машины часто пользуются безразмерным параметром

, называемым скольжением и определяемым разностью частот вращения магнитного поля статора и ротора , выраженной в относительных единицах (отнесенной к ):

(1.1)

Скольжение — основная переменная величина асинхронной машины, от которой зависит режим ее работы. Величина скольжения асинхронных двигателей составляет примерно

. Скольжение может быть определено также в процентах.

1.2 Расчет параметров асинхронного электродвигателя

Алгоритм расчета традиционного асинхронного двигателя представлен на рисунке 1.6. В блоках 1,2,3 вводятся исходные данные, предварительно определяются размеры магнитопровода, вычисляются параметры обмотки статора, проверяется магнитная индукция в воздушном зазоре

. Если больше допустимой , уменьшают предварительную длину сердечника статора . Определяют уровень линейных нагрузок . Если уровень линейных нагрузок превышает допустимый уровень (блок 4), то переходят в блок 3 для перерасчета магнитного потока. В блоке 5 определяются геометрические размеры пазов статора, тепловая нагрузка статора. Если полученное значение тепловой нагрузки превышает допустимое значение более чем на 10%, выбирается проводник большего диаметра с учетом соответствующего уменьшения плотности тока . В Блоках 7,8,9,10 осуществляется расчет параметров короткозамкнутого или фазного ротора, электрических параметров обмоток, намагничивающего тока.

Если магнитная индукция в спинке ротора

превышает допустимые значения, то уменьшается высота паза ротора . В блоках 11 и 12 проверяются на допустимые значения коэффициент насыщения магнитной цепи и коэффициент рассеяния статора . Если и при этом , то определяют э. д. с. холостого хода , где – коэффициент сопротивления статора. При отличии от значения э. д. с. более чем на 3% повторяют расчет намагничивающего тока при магнитных индукциях , , , , , измененных пропорционально отношению . В блоке 13 происходит расчет рабочих и пусковых характеристик, тепловой расчет, расчет массы двигателя.