Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » Документы » ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин

ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин)

2013-10-12СтудИзба

Описание файла

Файл "ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин" внутри архива находится в папке "Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин". Документ из архива "Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "электротехника (элтех)" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин"

Текст из документа "ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин"

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. Проектирование асинхронных машин

В асинхронных машинах преобразование энергии происходит при несинхронном (асинхронном) вращении ротора и магнитного поля статора [6].

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В двигательном режиме разница частот вращения ротора и поля статора в большинстве случаев невелика и составляет лишь несколько процентов. Поэтому частоту вращения ротора оценивают не в абсолютных единицах (об/мин или об/с), а в относительных, вводя понятие скольжения:

s = (nс - n)/nс,

где nс — частота вращения поля (синхронная частота вращения); n - частота вращения ротора.

Скольжение выражается либо в относительных единицах (s = 0,02; 0,025 и т. п.), либо в процентах (s = 2 %; 2,5 % и т. п.).

Частота тока и ЭДС, наводимая в проводниках обмотки ротора зависят от частоты тока и ЭДС обмотки статора и от скольжения:

f2 = f1s; Е'2 = E1s,

где E1 — ЭДС обмотки статора; Е'2 — ЭДС обмотки ротора, приведенная к числу витков обмотки статора.

Теоретически асинхронная машина может работать в диапазоне изменения скольжения s = -∞...+ ∞ (рис. 9.1), но не при s = 0, так как в этом случае n = nс и проводники обмотки ротора неподвижны отнoсительно поля статора, ЭДС и той в обмотке равны нулю и момент отсутствует. В зависимости от практически возможных скольжений различают несколько режимов работы асинхронных машин (рис. 9.1): генераторный режим при s < 0, двигательный при 0 < s < l, трансформаторный при s = 1 и тормозной при s > 1. В генераторном режиме ротор машины вращается в ту же сторону, что и поле статора, но с большей частотой.

Рис. 9.1. Механическая характеристика асинхронной машины

В двигательном — направления вращения поля статора и ротора совпадают, но ротор вращается медленнее поля статора: n = nc(1 - s). В трансформаторном режиме ротор машины неподвижен и обмотки ротора и статора не перемещаются относительно друг друга. Асинхронная машина в таком режиме представляет собой трансформатор и отличается от него расположением первичной и вторич­ной обмоток (обмотки статора и ротора) и наличием воздушного зазора в магнитопроводе. В тормозном режиме ротор вращается, но направление его вращения противоположно направлению поля статора и машина создает момент, противоположный моменту, действу­ющему на вал. Подавляющее большинство асинхронных машин используют в качестве двигателей, и лишь очень небольшое количество — в генераторном и трансформаторном режимах, в тормозном режиме — кратковременно.

Для оценки механической характеристики асинхронного двигателя моменты, развиваемые двигателем при различных скольжениях, обычно выражают не в абсолютных, а в относительных единицах, т. е. указывают кратность по отношению к номинальному моменту: М* = М/Мном. Зависимость М* = f(s) асинхронного двигателя (рис. 9.2) имеет несколько характерных точек, соответствую­щих пусковому М*п, минимальному М*min, максимальному М*mах и но­минальному М*ном моментам.

Пусковой момент М*п характеризует начальный момент, развивае­мый двигателем непосредственно при включении его в сеть при неподвижном роторе (s = 1). После трогания двигателя с места его момент несколько уменьшается по сравнению с пусковым (см. рис. 9.2). Обычно М*min на 10... 15 % меньше М*п . Большинство двигателей проектируют так, чтобы их Mmin был больше Мном, так как они могут достигнуть но­минальной скорости лишь при условии, что момент сопротивления, приложенный к валу, будет меньше, чем М min.

Максимальный момент М*mах характеризует перегрузочную способность двигателя. Если момент сопротивления превышает М*mах, двигатель останавливается. Поэтому М*mах называют также критическим, а скольжение, при котором момент достигает максимума, - критическим скольжением sкр. Обычно sкр не превышает 0,1...0,15; в двигателях с повышенным скольжением (крановых, металлургических и т. п.) sкр может быть значительно большим.

В диапазоне 0 < s < sкр характеристика М = f(s) имеет устойчивый характер. Она является рабочей частью механической характе­ристики двигателя. При скольжениях s > sкр двигатель в нормаль­ных условиях работать не может. Эта часть характеристики определяет пусковые свойства двигателя от момента пуска до выхода на рабочую часть характеристики.

Трансформаторный режим, т. е. режим, когда обмотка статора подключена к сети, а ротор неподвижен, называют также режимом короткого замыкания двигателя. При s = 1 ток

Рис. 9.2. Зависимость тока и момента

асинхронного двигателя от скольжения

Рис. 9.3. Рабочие характеристики

асинхронного двигателя

двигателя в несколь­ко раз превышает номинальный, а охлаждение много хуже, чем при номинальном режиме. Поэтому в режиме короткого замыкания асинхронный двигатель, не рассчитанный для работы при скольже­ниях, близких к единице, может находиться лишь в течение несколь­ких секунд.

Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске двигателя, однако в этом случае он кратковременен. Несколько пусков двигателя с короткозамкнутым ротором подряд или через короткие промежутки времени могут привести к превышению до­пустимой температуры его обмоток и к выходу двигателя из строя.

Для работы асинхронных машин со скольжениями, близкими к единице, в трансформаторном или тормозном режимах их рассчи­тывают с пониженными электромагнитными нагрузками. Приме­ром использования асинхронных машин, номинальным режимом для которых является трансформаторный, могут служить индукци­онные регуляторы или фазовращатели [6].

Рабочие характеристики асинхронных двигателей (рис. 9.3) по­казывают, что наибольшего КПД правильно спроектированный двигатель достигает при нагрузке, на 15...20% меньше номиналь­ной. Двигатели рассчитываются так потому, что большинство из них из-за стандартной дискретной шкалы мощностей работают с не­догрузкой. Напомним, что наибольший КПД будет у двигателя при нагрузке, при которой постоянные не зависящие от тока потери (по­тери в стали, механические, вентиляционные) будут в сумме равны переменным, зависящим от тока, — электрическим потерям в об­мотках двигателя (см. гл. 6). Это позволяет при проектировании на­правленным выбором плотности тока в обмотках и индукции на участках магнитопровода определить нагрузку, при которой КПД достигнет наибольшего значения.

Конструктивные исполнения асинхронных двигателей по спосо­бу монтажа соответствуют ГОСТ 2479. Наибольшее распростране­ние получили группы исполнения IM2-IM4 (см. гл. 1), т.е. двигате­ли со станиной на лапах или с разного вида фланцами на станине или на подшипниковом щите. Среди двигателей малой мощности встречаются группы исполнения IM5 — машины без подшипнико­вых щитов и IM9 — машины специального исполнения, которые ча­сто применяют как встроенные в различные механизмы, в ручной электрифицированный инструмент и т. п. Асинхронные двигатели мощностью более 1000 кВт, особенно с малой частотой вращения, часто выполняют с выносными подшипниковыми стойками — груп­па исполнения IM7 или IM8.

По степени защиты от воздействия окружающей среды наиболее характерны для двигателей малой и средней мощности исполнения IP44 и IP54 со способом охлаждения IC0141. Двигатели средней мощности выпускают также со степенью защиты IP23 и способом охлаждения IC01. Двигатели большой мощности на высокое напря­жение часто имеют закрытое исполнение со встроенным воздушным или водяным охладителем, например с охлаждением по способу IC37A81 (см. гл. 7).

Сердечники статоров и роторов всех асинхронных двигателей общего назначения шихтуют из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. При длине сердечника менее 250...300 мм они вы­полняются без вентиляционных каналов. При большей длине сер­дечники подразделяют на пакеты длиной 40...50 мм каждый. Между пакетами устанавливают дистанционные распорки, при этом обра­зуются радиальные вентиляционные каналы, служащие для прохода охлаждающего воздуха. Ширина каналов в большинстве машин вы­полняется равной 10 мм. В собранной машине радиальные каналы статора и ротора располагаются напротив друг друга.

Статоры машин общего назначения напряжением до 660 В, мощ­ностью до 100 кВт имеют трапецеидальные полузакрытые пазы с уз­ким шлицем (см. рис. 3.4), размерные соотношения которых (шири­ну верхней и нижней частей и высоту паза) выполняют такими, чтобы зубцы статора имели параллельные стенки. Это уменьшает МДС зубцов по сравнению с зубцами с неравномерной площадью поперечного сечения. Обмотку таких машин выполняют из кругло­го провода.

В статорах машин большей мощности обмотку выполняют из прямоугольного провода, причем при напряжении, не превышаю­щем 660 В, из подразделенных катушек. Пазы статора в таких ма­шинах полуоткрытые (см. рис. 3.6, а), что позволяет избежать боль­шой неравномерности индукции в воздушном зазоре. Обмотку укладывают в пазы, пропуская через суженный шлиц паза каждую из полукатушек поочередно (см. гл. 3).

В статорах машин с номинальным напряжением 3 кВ и выше и машин специального исполнения независимо от напряжения выполняют обмотку из жестких, изолированных до укладки в пазы катушек. Поэтому пазы таких машин делают только открытыми (см, рис. 3.6, б).

Конструкция крепления сердечника статора в корпусе зависит от габаритов и мощности машины. В большинстве машин малой мощности корпуса выполняют из алюминия, в некоторых конструкциях - заливкой алюминия на собранный сердечник статора. Подшипниковые щиты также алюминиевые. В машинах большей мощности и корпуса, и подшипниковые щиты чугунные. В машинах больших габаритов корпуса сварные из стальных листов, закрытые снаружи листовой сталью. Магнитопровод крепится к продольным ребрам корпуса.

Магнитопроводы роторов шихтуют из той же стали, что и ста­торов. В двигателях общего назначения с высотой оси вращения до 450 мм их насаживают непосредственно на вал, причем до высоты1 оси вращения 250 мм — на гладкий вал; в двигателях с большей вы­сотой оси вращения — крепят на валу с помощью шпонки. Сердечники роторов больших габаритов насаживают на втулку или на ос­тов ротора.

В большинстве асинхронных двигателей вентиляторы устанав­ливают на валу ротора, в двигателях со степенью защиты IP23 - внутри корпуса, со степенью защиты IP44 и IP54 — вне корпуса и защищают кожухом.

Асинхронные двигатели подразделяют на два типа: с короткозамкнутыми (рис. 9.4) и фазными (рис. 9.5) роторами. По конструк­ции они отличаются между собой только роторами и отдельными элементами корпусов. В пазах фазных роторов располагают изолированную трехфазную обмотку, жестко соединенную в звезду или в треугольник. Обмотка имеет три вывода, которые соединены токопроводами с контактными кольцами. Прилегающие к контактным кольцам щетки электрически соединяют выводы обмотки ротора с пусковым реостатом, который позволяет увеличивать сопротивле­ние роторной цепи во время пуска двигателя. Контактные кольца располагают либо внутри корпуса, либо вне его на выступающем конце вала. При такой конструкции кольца и весь щеточный аппа­рат закрывают кожухом из листовой стали.

При пуске двигателя между кольцами включают пусковые рези­сторы, что увеличивает активное сопротивление цепи ротора и, сле­довательно, пусковой момент двигателя и ограничивает ток при пу­ске и разгоне. По мере разгона группы резисторов пускового реостата поочередно замыкают, причем время замыкания очередной группы выбирают таким, чтобы до

Рис. 9.4. Двигатель серии АИ с короткозамкнутым ротором

со степенью защиты IP23, h = 225 мм:

1 — вал; 2, 13 — подшипники; 3, 12 — подшипниковые шиты; 4 — коробка выводов; 5 — кор­пус. 6 — сердечник статора; 7 — сердечник ротора; 8 — лобовые части обмотки статора; 9 — короткозамыкающие кольца обмотки ротора; 10 — вентиляционные лопатки ротора; 11 — диффузор; 14 — жалюзи корпуса

достижения номинальной частоты вращения во время всего пускового периода момент и ток двигателя изменялись в определенных пределах (рис. 9.6).

Включение резисторов в цепь ротора используют также для и плавного регулирования частоты вращения. Однако эта возможность ограничена возникновением больших потерь в резисторах, по которым проходит фазный ток ротора. В ряде приводов, например в крановых, такой способ регулирования все же применяют, но в этом случае используют не пусковой, а регулировочный реостат, рассчитанный на длительную работу при больших токах.

Обмотки короткозамкнутых роторов не имеют изоляции. В двигателях общего назначения мощностью до 300...400 кВт их выполняют заливкой пазов алюминием или его сплавами, причем одновре­менно со стержнями обмотки отливают замыкающие кольца с вентиляционными лопатками (см. рис. 3.10). В ряде конструкций двигателей этой мощности и во всех двигателях большей мощности обмотку роторов изготовляют из вставных стержней, в подавляю­щем большинстве случаев — медных. К выступающим из пазов концам стержней припаивают или приваривают замыкающие кольца.

Рис. 9.5. Двигатель серии АИ с фазным ротором

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5057
Авторов
на СтудИзбе
456
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее