Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором чертеж. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Министерство науки и образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Национальный исследовательский

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электроснабжения и Электротехники

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Отчет по лабораторной работе №11

по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

Выполнил

Студент СМо-11-1 ________ Копытко Я.В. 20.10.2012

Доцент каф. Э и ЭТ ________ Кирюхин Ю.А. __________

(подпись) Фамилия И.О. (дата)

Иркутск 2012

Цель работы 3

1 Краткие теоретические сведения 3

Оборудование электрической установки 7

2 Порядок выполнения работы 7

3 Расчетная часть 9

4 Графики 10

Контрольные вопросы 14

Список литературы 17

Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исследовать влияние напряжения на фате статора на его характеристики.

1 Краткие теоретические сведения

1)Устройство, принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Статор – неподвижная часть машины. Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. В пазах ротора укладывают обмотку. В зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни, соединенные с торцов кольцами из этого же материала (“беличья клетка”).

У фазного ротора в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

пространственный сдвиг осей катушек статора;

временной сдвиг токов в катушках статора.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120°. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.

При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой , об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

где - частота тока сети, Гц,

р – число пар полюсов магнитного поля.

При стандартной частоте тока сети

, частота вращения поля


, об/мин

Вращаясь, поле пересекает проводники ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Скорость вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше скорости вращения поля, т.е. ротор “отстает” от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения:

где n– частота вращения ротора, об/мин.

Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой к 0 (холостой ход).

2 ) Пуск асинхронных двигателей.

При пуске двигателя должны выполнятся следующие требования:

1. Малая величина пускового тока;

2. Достаточный по величине пусковой момент;

3. Плавное нарастание скорости;

4. Простота и экономичность пуска.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска.

Для двигателей с короткозамнутым ротором используют прямой пуск и пуск при пониженном напряжении.

1. Прямой пуск. При этом обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт).

2. Пуск при пониженном напряжении . Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора, поэтому уменьшение напряжениясопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу.

Имеется несколько способов понижения напряжения в момент пуска:

а) при легком пуске асинхронных двигателей средней мощности, которые нормально работают при соединении фаз обмотки статора треугольником, применяют снижение напряжения на зажимах этих фаз переключением их в звезду;

б) при любом типе соединения фаз обмотки статора понизить напряжение можно с помощью реактора (трехфазной индуктивной катушки), включенного последовательно в обмотку статора. Менее экономично снижать напряжение на статоре последовательным включением резисторов, т.к. они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;

в) для двигателей большой мощности снижать напряжение целесообразно при помощи понижающего трехфазного автотрансформатора. Этот способ лучше предыдущего, но значительно дороже. После того, как ротор двигателя разгонится, и ток спадает, на обмотку статора подается полное напряжение сети.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Пусковой реостат снижает величину начального пускового тока и одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть величины, близкой к максимальному моменту. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводят.

3) Регулирование частоты вращения и реверсирование асинхронного двигателя.

Регулирование – это принудительное изменение частоты вращения при постоянной нагрузке на валу. Недостатком асинхронных двигателей является плохая регулировочная способность. Но все же некоторые возможности регулирования имеются.

Из формулы скольжения можно получить выражение частоты вращения ротора асинхронного двигателя:

Из этого равенства следует, что изменять частоту вращения можно следующими способами: изменением частоты тока статора , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора можно регулировать и изменением напряжения питания. Рассмотрим эти способы.

Регулирование изменением частоты тока статора . Частотное регулирование асинхронных двигателей является наиболее перспективным в связи с наличием простых и надежных трехфазных тиристорных преобразователей частоты, которые включают между промышленной сетью и асинхронным двигателем. При регулировании частотыскорость двигателя можно плавно изменять так, что ее максимальное значение будет в десятки или сотни раз превышать минимальные.

Регулирование изменением числа пар полюсов р . Переключение числа пар полюсов многоскоростных асинхронных двигателей обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения ротора и отличается экономичностью. Оно применяется в машинах со специальным исполнением обмотки статора, допускающим переключение ее катушек на различное число пар полюсов, а также, когда в пазах магнитопровода статора размещено несколько поочередно включаемых обмоток, выполненных на разное число пар полюсов, например, р= 1 и р = 2.

Регулирование изменением подводимого напряжения . Понижение напряжения вызывает снижение скорости ротора. Уменьшать напряжениеможно включением в цепь статора реостатов, автотрансформаторов или регулируемых дросселей. Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при уменьшении напряжения уменьшается максимальный момент двигателя, который пропорционален квадрату напряжения. Снижение максимального момента уменьшает запас по устойчивости работы двигателя. Кроме того диапазон регулирования частоты вращения сравнительно небольшой.

Перечисленные выше способы регулирования применяются для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

У двигателей с фазным ротором частота вращения регулируется изменением скольжения. Для этого в обмотку ротора включают регулировочный реостат. При увеличении сопротивления регулировочного реостата скольжение увеличивается, а частота вращения уменьшается.

Этот способ обеспечивает плавное изменение частоты вращения.

Изменение направления вращения ротора называется реверсированием. Для реверса необходимо поменять местами два провода на зажимах статорной обмотки двигателя.

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока применяется для трансформации электрической энергии в энергию механическую. Он является самым распространенным видом электрических машин, применяемым в промышленности.

Такой двигатель состоит из трех главных частей:

ротора;
статора;
корпуса (кожуха);

Корпус защищает статор и ротор от механических повреждений и служит для крепления в нем подвижной и неподвижной части асинхронного двигателя (АД).

Статор является неподвижной частью асинхронного двигателя. Он состоит из станины и магнитопровода. Магнитопровод запрессовывается в станину двигателя и образует электромагнитное ядро статор. Ядро осуществляет намагничивание машины и создает вращающееся магнитное поля. Его набирают тонкими листами, штампованных из листовой электротехнической стали. Эти листы набирают и закрепляют так, что в магнитопроводе образуются зубцы и пазы статора. Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, что увеличивает магнитный поток асинхронного двигателя. Статор и ротор разделены между собой воздушным зазором.

Ротор асинхронного двигателя это подвижная часть электрической машины.

Статор асинхронного двигателя

Статором называют неподвижную часть асинхронного двигателя. Это слово английского происхождения от слова stator, которое, в свою очередь имеет латинское происхождение от слова sto - стою. Под понятием статор асинхронного двигателя, обычно подразумевают совокупность нескольких составляющих:

— Станина с лапами или фланцем и продольными теплоотводящими ребрами;

— Сердечник;

— Статорную обмотку;

Сердечник статора делают шихтованным, набирая из отдельных статорных пластин. Это делают для уменьшения потерь от вихревых токов. Статорные пластины штампуют из листов электротехнической стали толщиной 0,28 до 1 мм. Друг от друга их изолируют окалиной. Сердечники двигателей у которых высота оси вращения составляет 50-132 мм используют холоднокатаную нелегированную сталь марки 2013. У двигателя с высотой оси 160-250 мм сердечник изготовляется с применением холоднокатаной слаболегированной стали марки 2212. В двигателях у которых высота оси вращения от 280 до 355 мм, применяется горячекатаная сталь марки 1312. Пакет статорных пластин у двигателей с высотой оси вращения от 50 до 60 мм, скрепляют сваркой или при помощи скоб, а в двигателях с высотой оси вращения от 200 до 250 мм исключительно скобами. В двигателях с высотой оси вращения 280- 355 мм, листы сердечников собираются непосредственно в станине, затем их опрессовывают и крепят специальными кольцевыми шпонками. Так формируется статорная часть магнитопровода асинхронного двигателя.

Отдельный лист статорной пластины и пакет статорных пластин асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Наибольшее распространение получила обмотка, выполненная в виде «беличьей клетки». Такое название система получил благодаря стержням с короткозамкнутыми кольцами, по виду напоминающими колесо беличьих клеток. Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамкнутые кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава.

Роторная обмотка асинхронного двигателя с фазным ротором 3, мотается так же, как обмотка статора 2. Начало роторной обмотки соединяют вместе и изолируют. Концы же такой обмотки припаивают к контактным кольцам 4, располагающимися на валу двигателя при помощи неподвижных угольных щеток 5, к контактным кольцам можно подключить пуско-регулирующий реостат. Такая схема позволяет, вводить дополнительное сопротивление в цепь ротора, тем самым регулировать частоту вращения двигателя и резко снизить пусковые токи.

Буквально перед этими выходными у меня вышел из строя асинхронный двигательАОЛ 22-4 мощностью 400 (Вт), установленный в приводе переключения ступеней РПН силового трансформатора.

Причиной его выхода из строя стало межвитковое замыкание обмотки. Такая ситуация случается крайне редко, но все таки иногда случается. Условия эксплуатации дают о себе знать — повышенное содержание угольной пыли. Может дело даже не в условиях эксплуатации, а в поставляемом некачественном проводе для ремонта двигателя.

Ну, раз мне предстояло разбирать сгоревший электродвигатель, то я решил заодно написать статью об асинхронном двигателе (АД), его применении и устройстве.

Применение и назначение АД

В последнее время асинхронные двигатели очень широко применяются, как в промышленности в виде электрических приводов , шаровых мельниц, транспортеров, насосов, дробилок, сверлильных и наждачных станков, так и в быту. Перечислить все области применения просто невозможно.

А почему они так широко применяются?

Да потому что они имеют ряд достоинств по сравнению с другими электрическими машинами, например, обладают высокой надежностью, простотой обслуживания и не менее важное, они могут работать непосредственно от сети переменного напряжения.

Устройство асинхронного двигателя (АД)

А теперь перейдем к устройству асинхронного двигателя на примере АОЛ 22-4 мощностью 400 (Вт).

Я уже говорил чуть выше, что асинхронный двигатель АОЛ 22-4 устанавливается в приводе переключающего устройства РПН силового трансформатора (17 ступеней). Вот так выглядит сам привод.

Питание двигателя осуществляется от сети с изолированной нейтралью с линейным напряжением 220 (В).

Кстати, этот двигатель специально был переделан под наши нужды.

Поэтому на его бирке Вы увидите обозначение, вместо 220/380 (В), 220/ 380 (В) (зачеркнуто на бирке 380 и треугольник), т.е. его обмотки перемотаны на напряжение 127 (В).

Поэтому при линейном напряжении 220 (В) обмотки статора мы соединяем в звезду. Хотя в принципе мы и не собираем. Я попросил у мастера обмоточного отделения после ремонта собирать звезду внутри двигателя и выводить на колодку (клемму) всего 3 вывода, вместо 6.

Асинхронный двигатель (АД) состоит из двух частей, разделенных между собою воздушным зазором. Первая часть – это неподвижный статор, а вторая часть – это подвижный или вращающийся ротор.

Что статор, что ротор состоят из сердечника и обмотки. Но обмотка статора является первичной обмоткой, т.е. включается в сеть, а обмотка ротора является вторичной. Более подробно об этом Вы сможете прочитать в статье про принцип действия асинхронного электродвигателя.

Конструктивно они делятся на 2 разновидности:

АД с короткозамкнутым ротором
АД с фазным ротором

Мой сгоревший двигатель марки АОЛ 22-4, как Вы уже догадались, относится именно к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Статор у такого двигателя состоит из:

корпуса со станиной
сердечника
трехфазной обмотки

Сам корпус чаще всего изготавливают, либо из алюминиевого сплава, либо из чугуна. В моем примере АОЛ 22-4 имеет алюминиевый корпус с алюминиевой станиной.

Сердечник статора выполняется шихтованным, т.е. набирается из тонких листов электротехнической стали, покрытыми изоляционным лаком. Толщина этих листов составляет примерно от 0,35 до 0,5 (мм). Так сделано с целью уменьшения вихревых токов, появляющихся во время перемагничивания «железа» сердечника под действием вращающегося магнитного поля.

С внутренней стороны сердечника статора асинхронного двигателя находятся продольные пазы, в которые укладывается обмотка.

Обмотка может быть, как однослойная, так и многослойная.

Часть обмотки, которая расположена в пазах, называется пазовой.

Пазовые части обмоток за пределами сердечника (с торца) соединяются с лобовыми частями обмоток.

Это все, что касается статора. Теперь перейдем к тому, как устроен ротор. Как я уже говорил выше, ротор – это вращающаяся часть асинхронного двигателя. Состоит он из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой.

Кстати, короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя еще называют «беличьем колесом».

Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из ряда алюминиевых или медных (реже) стержней, которые расположены в пазах сердечника ротора. Эти стержни с двух сторон замыкаются короткозамыкающими кольцами.

Сердечник ротора, как и сердечник статора, имеет шихтованную конструкцию, но листы из электротехнической стали у него покрыты не лаком, а тонкой пленкой окисла. Этого вполне достаточно для ограничения вихревых токов малой величины из-за не частого перемагничивания сердечника.

В большинстве случаях короткозамкнутую обмотку ротора АД выполняют с помощью заливки собранного сердечника расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно отливаются и короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки.

Вал короткозамкнутого ротора вращается на двух подшипниках качения (их видно на рисунке выше), которые расположены в подшипниковых щитах.

Несколько слов расскажу Вам об охлаждении асинхронного двигателя.

Охлаждение асинхронных двигателей мощностью до 15 (кВт) происходит методом обдува наружной поверхности двигателя с помощью центробежного вентилятора. Сам вентилятор прикрыт защитным кожухом с отверстиями для забора воздуха.

Фото другого типа двигателя.

Охлаждение асинхронных двигателей мощностью более 15 (кВт), помимо вышеописанного способа, выполняется с внутренней вентиляцией. В подшипниковых щитах есть специальные отверстия, их называют «жалюзи», через которые воздух с помощью вентилятора проходит сквозь внутреннюю полость двигателя. В таком случае воздух пронизывает нагретые части обмоток и сердечника, что приводит к более эффективному охлаждению.

Также асинхронные двигатели для увеличения площади охлаждения могут иметь поверхность из продольных ребер.

Для защиты людей от асинхронный двигатель необходимо заземлять. Для этого имеются специальные болты (винты) для заземления. Обычно один болт (винт) находится на корпусе двигателя.

А другой в клеммной колодке.

АД с короткозамкнутым ротором имеет один существенный недостаток в виде ограниченного пускового момента из-за короткозамкнутых стержней, что нельзя сказать об АД с фазным ротором.

Конструкция статора асинхронного двигателя с фазным ротором аналогична конструкции статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

А вот по конструктивному исполнению ротора есть большая разница.

Ротор такого двигателя имеет усложненную конструкцию. На его валу закреплен шихтованный сердечник с трехфазной обмоткой. Начала обмоток соединяют звездой, а их концы соединяют к контактным кольцам. Эти кольца тоже расположены на валу ротора и изолированы от вала и между собой.

Для осуществления контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое кольцо предусмотрено две металлографитовые щетки. Щетка находится в щеткодержателе, который снабжен пружинами для обеспечения необходимой силы прижатия щетки к контактному кольцу.

Таким образом, трехфазная обмотка ротора соединяется с внешним пусковым реостатом, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление.

Зачем это нужно, Вы узнаете из следующих статей раздела «

Возможно, будет полезно почитать: