Скольжение асинхронного двигателя

В результате взаимодействия магнитного поля с токами в роторе асинхронного двигателя создается вращающий электромагнитный момент, стремящийся уравнять скорость вращения магнитного поля статора и ротора.

Асинхронный двигатель не может достичь синхронной скорости вращения даже три отсоединенном механизме, так как при ней проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в них не будет наводиться ЭДС и не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.

Сопротивление ротора зависит от частоты тока в нем, причем чем больше частота, тем больше его индуктивное сопротивление. С увеличением индуктивного сопротивления ротора увеличивается сдвиг фаз между напряжением и током в обмотках статора.

При пуске асинхронных двигателей коэффициент мощности поэтому значительно ниже, чем при нормальной работе. Величина тока определяется эквивалентным значением сопротивления электродвигателя и приложенным напряжением.

Ток по величине изменяется обратно пропорционально изменению эквивалентного сопротивления Таким образом, при пуске до скольжения порядка 0,15 ток опадает незначительно, а в дальнейшем быстро уменьшается.

Момент вращения может быть также определен по электромагнитной мощности на валу как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональная квадрату частоты.

З начения момента для номинального напряжения приводятся в каталогах для электрических машин. Знание минимального момента необходимо при расчете допустимости пуска или самозапуска механизма с полной нагрузкой механизма. Поэтому его значение для конкретных расчетов должно быть либо определено, либо получено от завода-поставщика.

Величина максимального значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не зависит от величины сопротивления ротора.

Критическое скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обусловлено активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора).

Увеличение только активного сопротивления ротора сопровождается увеличением критического скольжения и перемещением максимума момента в область более высоких скольжений (меньшей скорости вращения). Таким путем может быть достигнуто изменение характеристик моментов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Понятие скольжения асинхронного двигателя

Скольжение может изменяться. Это зависит о того, в каком режиме работает электродвигатель, величины напряжения сети и нагрузки на машину. Но что же это за характеристика и от чего она зависит? Разберемся ниже!

Что представляет собой скольжение асинхронной машины

В целом, принцип, по которому происходит работа трехфазного мотора очень прост. К обмотке статора подают напряжение, питающее движок. Благодаря ему появляется магнитный поток, смещенный на 120 градусов в каждой из трех фаз. А тот поток, который носит имя суммирующего будет еще и вращающимся.

Обмотка якоря – замкнутый контур. В ней появляется электродвижущая сила (ЭДС), а магнитный поток, возникающей не без ее помощи, приводит ротор в работу: он начинает вращаться. Электромагнитный момент всегда будет пытаться сравнять темпы двух полей главных элементов привода: статора и ротора.

Величина, которая определяет разницу между скоростями вращения вышеописанных магнитных полей и есть то самое скольжение. Мы все знаем, что ротор никогда не будет поспевать за статором, значение это никогда не будет больше единицы. Измерение можно проводить как в процентах, так и в относительных величинах.

Чтобы рассчитать величину скольжения (S), нужно знать показатель частоты, с которой вращается магнитное поле (n1) и частоту, с которой вращается магнитное поле в роторе. Формула, по которой производится расчет, выглядит так:

Скольжение – чрезвычайно важная характеристика мотора. Она описывает то, насколько исправна работа машины.

Скольжение в разных условиях работы привода

Если режим работы агрегата – холостой, искомый показатель всегда будет близок к нулевому значению или, по крайней мере, не превысит 3%. Это связано с тем, что n1 будет практически равен n2. Несмотря на то, что значение всегда близко к нулю, нулевым оно быть не может, потому что поля ротора и статора не пересекаются. Другими словами, вращение мотора отсутствует, как и подача на него напряжения.

Скольжение (если считать его в процентах) не будет нулевым даже в том случае, когда электродвигатель находится в режиме идеального холостого хода. Зато, если агрегат запущен в режиме генератора, S может быть отрицательным.

Такой режим (в нем ротор вращается противоположно относительно статора) будет показывать S, значениям бывают разными, но изменяются только в следующих пределах:

Надо отметить, что есть также электромагнитное торможение или противовключение якоря. В таком случае скольжение может быть больше, чем единица и положительным.

Частота тока в катушках якоря (f1) равна частоте сетевого тока, но только при пуске агрегата. Если нагрузка номинальная, то частоту электротока (f2) можно высчитать по формуле ниже:

Якорный ток имеет прямую зависимость от его индуктивного сопротивления. Это значит, что электроток в якоре зависит от скольжения асинхронного электромотора. Момент вращения агрегата также зависит от S. Его определяют показатели магнитного потока, угла сдвига между электродвижущей силой и якорным электротоком.

Как видно из всего вышесказанного, чтобы провести детальное исследование всех параметров электропривода, нужно установить зависимость. Она схематически изображена на рисунке 1.

Это, в свою очередь, означает, что если ввести в якорную цепь асинхронного двигателя, ротор которого фазный, дополнительное сопротивление, можно регулировать изменение момента в нем, если значения скольжения S различны.

Если ротор в приводе короткозамкнут, момент можно регулировать с использованием преобразователя частоты или двигателя с переменными параметрами.

Если нагрузка на электродвигатель номинальная, S будет равно значениям от 8% до 2%. Это скольжение будет носить название номинального.

Увеличивая нагрузку на вал ротора (то есть момент), будет происходить пропорциональное увеличение величины скольжения.

Выражаясь проще, можно сказать, что роторное магнитное поле никогда не будет быстрее статорного. То есть первое будет тормозить.

Увеличивая скольжение, вы, конечно, добьетесь пропорционального роста тока в якоре. И момент, естественно, тоже вырастет. Но нужно всегда учитывать, что вместе с этим будут расти и активные потери ротора (то есть произойдет увеличение сопротивления). Это повлияет на снижение силы тока и уменьшение коэффициента мощности. Результат: рост момента будет медленнее, чем скольжения.

Критическое скольжение – максимальная величина момента, которой можно достигнуть при определенном S. После того, как момент станет максимальным, он начнет идти на убывание. Обозначаю показатель, как правило, через Sкр.

Механическая характеристика, в своем графическом проявлении, выглядит следующим образом:

В данном выражении (его еще называют формулой Клосса) используется величина критического момента (Мк). Его и определяет величина критического скольжения.

График строят, основываясь на характеристиках из документов асинхронной машины. Все вопросы, возникающие по поводу асинхронного агрегата, работающего в режиме движка, решают с помощью данного графика.

Величина допустимого значения мгновенного перегруза электромотора определяется критическим моментом. В случае развития еще более критического М (и, конечно же, увеличения Sкр), можно наблюдать опрокидывание агрегата. Когда это происходит, машина просто перестает работать и выключается. Это аварийный режим.

Как можно измерить показатель S?

Для измерения скольжения в электрическом двигателе асинхронного типа есть несколько подходов. При значительной разнице частоты работы от синхронной, S измеряют тахометром или тахогенератором. Это специальный прибор, подключенный к валу электропривода.

Стробоскопический метод. В этом варианте используют неоновую лампу. Замеры можно произвести только в случае, когда скольжение не превышает пяти процентов. На вал движка нужно нанести черту с помощью мелка. Вместе этого можно установить стробоскопический диск. Затем на них светят лампой и считают, сколько раз вал сделал оборот за какой-либо отрезок времени. Окончательные расчеты проводят с помощью специальных формул. В этом методе допустимо использование самого обычного стробоскопа. Его пример приведен ниже.

Третий способ найти скольжение – индуктивная катушка. Как это сделать? Возьмите катушку от электромагнитного реле (контактор) постоянного тока. Она подойдет лучшего всего, так как на ней достаточно много витков, около 20 000. А для таких замеров их требуется не менее 3000. Подключите к катушке точный милливольтметр (он подойдет из-за своей чувствительности). Затем расположите катушку там, где заканчивается вал якоря.

После этого нужно посчитать число совершенных колебаний и по специальной формуле определить скольжение.

Кстати, если ротор у асинхронного мотора фазный, то S можно вычислить, используя магнитоэлектрический амперметр. Устройство подключают к любой их трех фаз в якоре, считают количество колебаний стрелки (за какое-то время) и считают нужный показатель по той формуле, которую используют в методе с катушкой индуктивности.

Источник

Скольжение электродвигателя

Принцип работы асинхронного двигателя.

Во время подачи напряжения к обмотке в любой из фаз создаётся магнитный поток. Он меняется параллельно частоте подаваемого напряжения. Данные магнитные потоки смещены на 120 градусов во времени и пространстве касательно друг друга. Вместе с тем, результирующий магнитный поток в действительности оказывается вращающимся.

В проводниках ротора результирующий магнитный поток статора при вращении создает ЭДС. В обмотке ротора есть замкнутая электрическая цепь, в которой возникает ток. Тем временем ток при взаимодействии с магнитным потоком статора образовывает пусковой момент двигателя, что стремится направить ротор в том направлении, в котором вращается магнитное поле статора. Когда он превысит значения тормозного момента ротора, ротор придет в действие. В этот момент возникает скольжение.

Скольжение являет собой величину, что показывает в процентном соотношении насколько n1 больше, чем n2.

Скольжение – весьма значимая величина, которая на начальном этапе равна единице, но с возрастанием частоты вращения n2 ротора разность частот n1-n2 уменьшается. В результате в проводниках ротора снижается ток и ЭДС. Следовательно, происходит уменьшение вращающего момента. В ситуации, когда двигатель работает на валу без нагрузки (режим холостого хода) показатель скольжения минимален. Однако с возрастанием статического момента, скольжение увеличивается до критического значения (sкр — критическое скольжение). При превышении данного значения может произойти «опрокидывание двигателя», которое в конечном итоге приведет к нестабильной работе асинхронного двигателя. Диапазон значения скольжения – 0-1, а в номинальном режиме для таких двигателей общего назначения оно становит — 1 — 8 %.

Величины прекратят меняться когда возникнет равновесие между электромагнитным моментом, что заставляет ротор вращаться, и тормозным моментом, что создается нагрузкой на валу двигателя.

Что это такое

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя довольно прост. На обмотку статора подается питающее напряжение, которое создает магнитный поток, в каждой фазе он будет смещен на 120 градусов. При этом суммирующий магнитный поток будет вращающимся.

Обмотка ротора является замкнутым контуром, в ней наводится ЭДС и возникающий магнитный поток придает вращение ротору, в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора.

Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.

Высчитывается она по формуле:

где n₁— это частота вращения магнитного поля, n₂ – частота вращения магнитного поля ротора.

Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.

Скольжение — асинхронный двигатель

Динамические характеристики нагрузки определяют изменение скольжения асинхронных двигателей при данном значении напряжения для различных моментов времени. По заданным значениям скольжения определяются активные и реактивные сопротивления схемы замещения асинхронной нагрузки.

В электрическом каскаде ( рис. 3.75) мощность скольжения асинхронного двигателя АД после преобразователя снова подается на двигатель постоянного тока ДПТ, на валу которого находится синхронный генератор СГ. Синхронный генератор отдает электрическую энергию в сеть. В этой схеме мощность скольжения отдается в сеть.

Суть применения указанных машин и аппаратов сводится к тому, что энергия скольжения асинхронного двигателя при регулировании скорости возвращается на вал двигателя или в сеть, так же как это было при одноякорном преобразователе.

Устройство асинхронного двигателя

Основные части двигателя: статор и ротор. Три обмотки находятся на полюсах железного сердечника кольцевой формы, сети так называемого трехфазного тока 0 располагаются одна относительно другой строго под углом 120 градусов. Также отметим, что внутри самого сердечника закреплен на той же оси цилиндр из высококачественного металла. Он называется – ротор.

Из чего состоит асинхронный электродвигатель

Статор

Статор это неподвижная часть, которая формирует вращающееся магнитное поле. Именно это поле непосредственно соприкасается с электромагнитным полем самой подвижной части, именуемой ротором, тем самым происходит полноценное вращение ротора.

Устройство статора

Сердечник статора

Выполняется с посадкой на вал, без наличия промежуточной втулки. Посадка сердечников используется в двигателях с высотой непосредственно оси в 250 миллиметров без шпонки. В больших двигателях сердечники закреплены на вал с применением шпонки. В случае, если ротор в диаметре 990 миллиметров, сердечник шихтуют из разных сегментов.

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Определить количество оборотов электродвигателя можно лишь при помощи обмотки. В этом нет ничего сложного и достаточно просто следовать инструкции и все получится. Для этого нужно:

Ротор

Вращается внутри самого статора (выше описывали, что он представляет собой). Ротор – элемент электрического двигателя. Его вал соединен с деталями агрегаторов. Если говорить о массивном роторе – это цельный стальной цилиндр, который помещается во внутрь статора с не присоединенным к его поверхности сердечником (также выше описывали что такое сердечник).

Также бывают еще разновидности ротора:

Устройство короткозамкнутого ротора

Такая обмотка зачастую называется у профессионалов «беличьим колесом» по причине того, что его внешняя конструкция достаточно схожа с ним. Состоит из аллюминевых стержней, торцов с двумя кольцами замкнутых накоротко. Такие стержни вставлены, как правило, в пазы сердечника самого ротора.

Как сделан фазный ротор

Фазный ротор представляет собой двигатель, который поддается регулировке при помощи добавления в цепь ротора так называемых добавочных сопротивлений. Используются такого плана двигатели во время пуска с нагрузкой на валу. В свою очередь, увеличение сопротивления в цепи ротора предоставляет возможность увеличить пусковой момент.

Устройство

По определению «асинхронным» называют двигатель переменного тока, у которого ротор вращается медленнее чем магнитное поле статора, то есть несинхронно. Но это определение не слишком информативно. Чтобы его понять нужно разобраться как устроен этот двигатель.

Асинхронный двигатель, как и любой другой состоит из двух основных частей — ротор и статор. «Для чайников» в электрике расшифруем:

Статор состоит из корпуса, торцы которого закрываются подшипниковыми щитами, в которых установлены подшипники. В зависимости от назначения и мощности двигателя используют подшипники скольжения или качения. В корпусе расположен сердечник, на нём установлена обмотка. Её называют обмоткой статора.

Так как ток переменный, чтобы снизить потери из-за блуждающих токов (токи Фуко) сердечник статора набирают из тонких стальных пластин, изолированных друг от друга окалиной и скрепленных лаком. На обмотки статора подают питающее напряжение, ток протекающий в них называют током статора.

Количество обмоток зависит от числа питающих фаз и конструкции двигателя. Так у трёхфазного двигателя минимум три обмотки, соединённых по схеме звезды или треугольника. Их количество может быть больше, и оно влияет на скорость вращения вала, но об этом мы поговорим далее.

А вот с ротором дела обстоят интереснее, как уже было сказано он может быть или короткозамкнутым, или фазным.

Короткозамкнутый ротор — это набор металлических стержней (обычно алюминиевых или медных), на рисунке выше обозначены цифрой 2, впаянных или залитых в сердечник (1) замкнутых между собой кольцами (3). Такая конструкция напоминает колесо, в котором бегают одомашненные грызуны, отчего её часто называют «беличьей клеткой» или «беличьим колесом» и такое название не жаргонное, а вполне литературное. Для уменьшения высших гармоник ЭДС и пульсации магнитного поля, стержни укладывают не вдоль вала, а под определенным углом относительно оси вращения.

Фазный ротор отличается от предыдущего тем, что на нем уже есть три обмотки, как на статоре. Начала обмоток подключаются к кольцам, обычно медным, они напрессованы на вал двигателя. Позже мы кратко объясним зачем они нужны.

В обоих случаях, один из концов вала соединяют с приводимым в движение механизмом, он выполняется конической или цилиндрической формы с проточками или без, для установки фланца, шкива и других механических приводных деталей.

На «задней» части вала закрепляют крыльчатку, которая необходима для обдува и охлаждения, поверх крыльчатки на корпус надевается кожух. Таким образом холодный воздух направляется вдоль ребер асинхронного двигателя, если эта крыльчатка по какой-то причине не будет вращаться — он перегреется.

Конструкция первого асинхронного двигателя была разработана М.О. Доливо-Добровольским и запатентовал он её в 1889 г. Без особых изменений дожила до настоящего времени.

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей

Какие недостатки и достоинства у асинхронных электродвигателей

Достоинства:

Недостатки:

Несмотря на то, что есть свои недостатки эти асинхронные двигатели, пользуются огромной популярностью. Так что все-таки они заслуживают должного уважения и не зря их часто используют в промышленности.

Режим холостого хода

Холостой ход асинхронного двигателя подразумевает отсутствие на валу нагрузки в виде рабочего органа или редуктора. В режиме холостого хода скольжение составляет

В режиме холостого хода ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1<\displaystyle n_<1>> и скольжение весьма мало отличается от нуля.

Следует заметить, что так же существует режим идеального холостого хода, при котором n=n1<\displaystyle n=n_<1>>, что практически реализовать невозможно, даже если учесть отсутствие силы трения в подшипниках. Сам принцип работы асинхронного двигателя подразумевает отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора. При s= <\displaystyle s=0>поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора

Принцип работы

Асинхронные электрические машины часто называют индукционными, это связано с их принципом действия. Любой электродвигатель приводится во вращение в результате взаимодействия магнитных полей ротора и статора, а также благодаря силе Ампера. Магнитное поле, в свою очередь, может существовать либо вокруг постоянного магнита, либо вокруг проводника, через который протекает ток. Но как работает именно асинхронная машина?

В асинхронном двигателе в отличие от других нет как таковой обмотки возбуждения, тогда как у него появляется магнитное поле? Ответ прост: асинхронный электродвигатель – это трансформатор.

Рассмотрим принцип его работы на примере трёхфазной машины, так как именно они встречаются чаще остальных.

На рисунке ниже вы видите расположение обмоток на сердечнике статора трёхфазного асинхронного двигателя.

В результате протекания трёхфазного тока в обмотках статора появляется вращающееся магнитное поле. Из-за сдвига фаз ток протекает то по одной, то по другой обмотке, в соответствии с этим возникает магнитное поле, полюса которого направлены согласно правилу правой руки. И в соответствии с изменением тока в той или иной обмотке полюса направляются в соответствующую сторону. Что иллюстрирует следующая анимация:

В простейшем (двух полюсном) случае обмотки уложены таким образом, что каждая из них смещена на 120 градусов относительно предыдущей, как и угол сдвига фаз напряжения в сети переменного тока.

Скорость вращения магнитного поля статора принято называть синхронной. Подробнее о том, как оно вращается, и почему вы узнаете из следующего видеоролика. Отметим, что в двухфазных (конденсаторных) и однофазных электродвигателях — оно не вращающееся, а эллиптическое или пульсирующее, а обмоток не 3, а 2.

Если рассматривать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, то магнитное поле статора индуцирует в его стержнях ЭДС, так как они замкнуты, то начинает протекать ток. Из-за чего также возникает магнитное поле.

В результате взаимодействия двух полей и силе Ампера, действующей на ротор, он начинает вращаться вслед за вращающимся магнитным полем статора, но при этом всегда немного отставая от скорости вращения МП статора, это отставание называют скольжением.

Если скорость вращения магнитного поля называют синхронной, то скорость вращения ротора уже асинхронной, от чего он и получил такое название.

У АД с фазным ротором дела обстоят подобным образом, за исключением того, что к его кольцам подключают реостат, который после того как двигатель выйдет на рабочий режим выводится из цепи и обмотки замыкаются накоротко. Это показано на схеме ниже, но вместо реостата использованы постоянные резисторы, подключаемые или шунтируемые контакторами КМ3, КМ2, КМ1.

Такой подход позволяет осуществлять плавный запуск и снижать пусковые токи, за счет увеличения активного электрического сопротивления ротора.

Подведем итоги:

Источник