В основе принципа работы асинхронного электродвигателя лежит физическое взаимодействие магнитного поля статора с током, наведенным этим полем в обмотке ротора. К обмотке статора, выполненной в виде трех групп катушек, приложено электрическое напряжение, под действием которого по ней проходит трехфазный переменный ток, который и создает вращающееся магнитное поле. Пересекая замкнутую обмотку ротора, это поле наводит в ней в соответствии с законом электромагнитной индукции ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами ротора возникает вращающий электромагнитный момент, приводящий ротор в движение. Теперь ротор способен выполнять механическую работу, т.е. сообщать движение соединенной с его валом технологической машине (транспортеру, насосу, вентилятору и др.). Таким образом, в электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую.
Магнитное поле вращается в пространстве с частотой nоб/мин= 60f/p где f - частота переменного тока, Гц; p - число пар полюсов обмотки статора.
Промышленная частота переменного тока равна 50 периодам в 1 секунду (50 Гц). Следовательно, частота вращения вала электродвигателя зависит от числа пар полюсов (например, если p=1, 2, 3, 4 и т.д., то на основании приведенной формулы n= 3000, 1500, 750, 600 об/мин и т.д.).
Асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.
Короткозамкнутые электродвигатели получили свое название из-за короткозамкнутой обмотки ротора, часто называемой "беличьей клеткой" из-за внешней схожести конструкции, состоящей из медных или алюминиевых стержней, которые замкнуты с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставлены в пазы сердечника ротора. В электродвигателях малой и средней мощности ротор изготовляется путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора, причем вместе со стержнями "беличьей клетки" отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию ротора и вентиляцию электродвигателя в целом. В электродвигателях большой мощности для изготовления "беличьей клетки" применяют медные стержни, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца.
Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.
Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл.град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения (вращения) магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным (набранным из пластин) из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.
По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: скороткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из электротехнической стали и шихтованным.
Фазный ротор.
Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме «звезда» и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включают пускорегулирующий реостат, исполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы. Возможен особый режим работы: при питании обмоток ротора от сети (машина двойного питания). В двигателях с фазным ротором имеется возможность увеличивать пусковой момент до максимального значения (в первый момент времени) с помощью пускового реостата, тем самым, уменьшая пусковой ток. Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке или требующих плавного регулирования скорости.
Принципиальное отличие асинхронного двигателя и синхронного.
Частота вращения ротора асинхронного двигателя всегда меньше синхронной частоты nоб/мин, так как только при этом условии в обмотке ротора наводится ток, взаимодействие которого с вращающимся полем статора и создает силу, движущую ротор. Именно поэтому такой двигатель называют асинхронным в отличие от синхронного, ротор которого вращается с постоянной (синхронной частотой), равной частоте вращения магнитного поля. Частота вращения ротора асинхронных двигателей небольшой мощности меньше синхронной на 2...6%. Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением.
Обозначение и соединение выводов обмоток статора
Начало и конец первой обмотки обозначают соответственно С1 и С4, второй - С2 и С5, третьей - С3 и С6. В зависимости от напряжения, на которое рассчитывается двигатель, обмотки, соединяют по двум основным схемам, получившим название "звезда" и "треугольник"
На рисунке показаны схемы включения обмоток статора асинхронного электродвигателя
и соединение обмоток на доске зажимов: а - звездой, б - треугольником.
Основные данные электродвигателей.
Основные данные приводятся на заводском щитке, который крепится к корпусу электродвигателя. На нем записаны основные технические данные, достаточно полно характеризующие электродвигатель: номинальная мощность на валу (кВт), номинальное напряжение (В) с указанием соответствующей схемы соединения обмоток, сила тока (А) для каждой схемы соединения, номинальная частота вращения об/мин, частота тока в сети (гц), коэффициент мощности - cosf, коэффициент полезного действия - к. п. д. (%), класс изоляции, тип электродвигателя и его масса (кг).
Основные конструктивные исполнения асинхронных двигателей.
Многообразие выполняемых работ и условий, в которых эксплуатируются асинхронные электродвигатели, обусловило то, что промышленность выпускает их в различном конструктивном исполнении. По степени защищенности электродвигатели выпускают:
- Открытые - без специальных приспособлений для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов и т. п. (имеют ограниченное распространение).
- Защищенные - имеющие приспособления для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов.
- Каплезащищенные - снабженные приспособлениями для предохранения внутренних частей от попадания капель влаги, падающих отвесно.
- Закрытые - у них внутренняя полость отделена от внешней среды оболочкой, препятствующей проникновению пыли.
Взрывозащищенные - т. е. защищенными настолько хорошо, что они допускаются к применению во взрывоопасных помещениях.
По способу монтажа различают фланцевые, вертикальные, встроенные электродвигатели и т.п.
Обозначение электродвигателей различного конструктивного исполнения.
В зависимости от способа монтажа или установки электродвигателя на машине применяют следующие обозначения:
- М101 - двигатель, устанавливаемый горизонтально и закрепляемый на лапах, которые приварены к станине или отлиты вместе с ней.
- М201 - двигатель горизонтальной установки, подвешиваемый на лапах, которые расположены вверху на станине.
- М301 - фланцевый двигатель, предназначенный для горизонтальной установки; на подшипниковом щите (со стороны конца вала) имеет кольцевой фланец с отверстиями для болтов и центрирующей заточкой.
- М302 - двигатель вертикальной установки (рабочим концом вала вниз); закрепляется при помощи фланца на подшипниковом щите со стороны рабочего конца вала (двигатель опирается на фланец).
- М303 - то же, что и М302, но для установки рабочим концом вала вверх; закрепляется при помощи фланца на подшипниковом щите со стороны рабочего конца вала (двигатель подвешивается на фланце).
- М102 - то же, что и М302, но с закреплением только на лапах.
- М103 - то же, что и М102, но устанавливается рабочим концом вале вверх.
- М202 - то же, что и М302, но с закреплением при помощи фланца на щите и лап на станине.
- М203 - то же, что и М202, но с установкой рабочего конца вала вверх.
Типы электродвигателей.
Наряду с применением электродвигателей серии 4А находят применение и ранее выпускавшиеся электродвигатели единой серии А, АО, А2 и АО2. В помещениях с повышенной влажностью или с агрессивной средой используют электродвигатели специального назначения.
- Электродвигатели серии 4А - асинхронные трехфазные электродвигатели, выпущенные взамен электродвигателей единой серии А2 и АО2. Они по сравнению с электродвигателями серииА2 и АО2 имеют меньшие массу (в среднем на 18%), габариты, уровень шума и вибраций, большие пусковые моменты и повышенную эксплуатационную надежность.
Буквы и цифры, входящие в обозначение электродвигателя, расшифровываются следующим образом.
- 4 -номер серии
- А - обозначает, что двигатель асинхронный
- Вторая буква за буквой А обозначает исполнение электродвигателя по способу защиты от окружающей среды.
- Третья буква указывает исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А - Станина и щиты алюминиевые; Х - станина алюминиевая., щиты - чугунные; отсутствие буквы означает, что станина и щиты чугунные или стальные).
- Три или две последующие цифры указывают высоту оси вращения в миллиметрах от 50 до 355;
- Следующими буквами обозначают установочные размеры по длине станины (S - короткая, M - средняя, L - длинная).
- В двигателях с одинаковыми длинами станины, но с разными длинами сердечников статора применены дополнительные обозначения сердечников: А - короткие, В - длинные.
- Последующие цифры (2, 4, 6, 8, 10, 12) означают число полюсов;
- Конечные буквы и цифры указывают на климатическое исполнение и категорию размещения
Так, например обозначение 4АА50А2У3 расшифровывается так: электродвигатель асинхронный, четвертой серии, закрытого исполнения, станина и щиты которого выполнены из алюминия, высота оси вращения 50 мм, сердечник короткий, число полюсов 2, климатическое исполнение У, категория размещения 3.
Электродвигатели асинхронные серии (типа) АИР.
Электродвигатель АИР - унифицированная серия асинхронных электродвигателей. Серия АИР охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 315 кВт, характеризуемых значениями высоты оси вращения от 50 до 355 мм и частотами вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.
Электродвигатели асинхронные трехфазные переменного тока серии АИР предназначены для комплектации электроприводов различных механизмов во всех отраслях промышленности и аграрного комплекса. Частота 50 и 60 Гц, напряжение 220-660 В (АИР 71 - 220-440 В). Степень защиты электродвигателей IP54 (по заказу IP55), степень защиты IP55, класс изоляции F.
Структура условного обозначения электродвигателей.
АИХХХХХХХХХХХ
А - асинхронный
И - унифицированная серия (И - Интерэлектро);
Х - привязка мощностей
установочным размерам
(Р - по РС 3031 -71,
С - по CENELEK док. 28/64);
Х - Р - с повышенным пусковым моментом,
- С - с повышенным скольжением;
XXX - габарит, мм;
Х - установочный размер по длине станины (S,M,L);
Х - длина сердечника статора
(А или В, отсутствие буквы - означает только одну длину сердечника - первую);
Х - число полюсов: 2, 4, 6, 8;
X - дополнительные буквы для модификаций электродвигателя (Б - со встроенной температурной защитой);
П - с повышенной точностью по установочным размерам;
Х2 - химически стойкие;
С - сельскохозяйственные);
XX - климатическое исполнение электродвигателя
(У, Т, ХЛ) и категория размещения (1, 2, 3, 4, 5).
Как правильно подобрать электродвигатель.
Правильно выбранный электродвигатель должен удовлетворять ряду условий. Необходима, чтобы напряжение двигателя соответствовало напряжению сети, а его мощность была близка к мощности машины. Двигатель недостаточной мощности работает с перегрузкой и быстро выходит из строя, двигатель завышенной мощности характеризуется большими потерями электрической энергии за счет уменьшения к. п. д. и коэффициента мощности.
При выборе электродвигателя нужно стремиться к тому, чтобы частота его вращения была как можно более близкой к частоте вращения машины. Исполнение выбираемого двигателя должно полностью соответствовать условиям окружающей среды.
Паспортные данные электродвигателя можно восстановить экспериментальным путем.
При определении номинального напряжения электродвигателя следует помнить, что оно может быть 127/220, 220/380, и 500 вольт. В электродвигателях рассчитанных на напряжение 500 В, обмотка статора соединена внутри корпуса двигателя и наружу выходят только три вывода. Это является характерной особенностью электродвигателей как старой, так и новой серии с номинальным напряжением 500 В. Следует заметить, что три вывода могут быть и у электродвигателей, рассчитанных на напряжение 380/220 В (например, серии АО2 третьего и четвертого габаритов).
Для определения номинального напряжения обмотку электродвигателя соединяют звездой и в каждую фазу включают амперметр. После этого двигатель подключают к сети напряжением 380 В сначала на 2...3 с, чтобы убедиться в его механической исправности и отсутствии замыкания обмоток, а затем на более продолжительное время, в течение которого тахометром измеряют частоту вращения ротора, амперметрами - ток холостого хода статора. Если сила тока близка к значению, указанному в таблице, то значит, что напряжение двигателя соответствует напряжению сети. Если для данного типа двигателя (тип двигателя определяют по установочным размерам) ток статора велик, двигатель сразу же отключают, так как его напряжение не соответствует напряжению сети и его обмотка может сгореть. Когда ток холостого хода меньше, чем тот, который указан в таблице, то это свидетельствует о том, что двигатель рассчитан на напряжение 500 В. Двигатель нужно подвергнуть двухчасовому испытанию под номинальной нагрузкой и внимательно проследить за его работой, силой тока в цепи статора и нагревом.
Выводы обмоток трехфазных электродвигателей размечают в два этапа. На первом этапе контрольной лампой определяют, к каким фазам принадлежат выводы обмоток. С этой целью с зажимом сети через контрольную лампу соединяют один из шести выводов статорной обмотки двигателя. Проводом, подключенным к другому зажиму сети, поочередно прикасаются к каждому из остальных пяти выводов до тех пор, пока лампа не загорится. Это означает, что два вывода, присоединенных к сети принадлежат одной обмотке. Таким способом все выводы обмоток разделяют на три пары по числу фаз. После попарной классификации концов фазных обмоток начинают второй этап - определяют начало и конец обмоток. Для этого три обмотки соединяют последовательно и включают в сеть напряжением 220 В. Параллельно каждой обмотке подключают вольтметр со шкалой 80...100 В. При согласном включении обмоток (т. е. когда конец первой обмотки окажется соединенным с началом второй, а конец второй - с началом третьей обмотки) вольтметры должны показать одинаковое напряжение. Если же две обмотки включены согласно, а одна встречно, вольтметр, присоединенный к ней, покажет большее напряжение по сравнению с другими. Это объясняется тем, что из-за встречного соединения одной из обмоток электродвигателя в каждой из двух других, включенных согласно, уменьшаются магнитный поток и напряжение на их зажимах. На обмотке, включенной встречно двум другим, напряжение повышается, так как в ней наводится электродвижущая сила, обусловленная взаимной индукций двух других обмоток. Если же все обмотки включены согласно, тогда значения магнитных пороков и электродвижущих в них равны. На концах обмоток закрепляют металлические бирки с соответствующими обозначениями.
Изложенный способ разметки выводов обмоток можно упростить, применяя один вольтметр со свободными концами.
Наиболее простой способ запуска базируется на подключении третьей обмотки электродвигателя через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность, развиваемая двигателем в этом случае составляет 50...60% от его мощности в трехфазном включении. Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.
Рис. 1 Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 в., где
С р - рабочий конденсатор;
С п - пусковой конденсатор;
П1 - пакетный выключатель
После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку «Разгон», После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.
Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В.
Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, т. е. получается как бы неполярный конденсатор, и шунтируют резистором R1 с сопротивлением 200...300 Ом
Резистор R1 необходим для удаления оставшегося электрического заряда на конденсаторах. Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.
Мощность электродвигателя квт | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,1 | 1,5 | 2,2 |
Минимальная емкость рабочего конденсатора Ср мкф | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 230 |
Минимальная емкость пускового конденсатора Сп мкф | 80 | 120 | 160 | 200 | 250 | 30 |
Комментариев нет:
Отправить комментарий