Дослідження трифазного асинхронного двигуна під навантаженням

Асинхронний двигун трифазного струму – це електрична машина, яка перетворює електричну енергію трифазного змінного струму в механічну

енергію. Завдяки простоті конструкції, високої надійності при експлуатації, меншій вартості (в порівнянні з іншими машинами) асинхронні двигуни широко використовуються в промисловості та сільському господарстві.

Рис. 17.1. Конструкція асинхронного двигуна; а) – статор; б) - короткозамкнений ротор; в) ротор з контактними кільцями.( 1- корпус, 2 – осердя, 3 – обмотка, 4 – вал, 5 – контактні кільця)

Асинхронний двигун складається з нерухомої частини, яка називається статором (рис. 17.1,а) та обертової частини – ротора (рис. 17.1, б, в).

В статорі розміщена трифазна обмотка, в якій створюється обертове магнітне поле.

Магнітопроводи статора і ротора збирають з листів електротехнічної сталі, які ізольовані одне від одного, для того, щоб зменшити втрати на вихрові струми.

В залежності від конструкції ротора відрізняють двигуни з короткозамкненим та фазним ротором (з контактними кільцями).

В пазах ротора з короткозамкненою обмоткою (рис. 17.1,б) розміщені алюмінієві, або мідні стержні. По торцям стержні замкнені кільцями з того ж матеріалу.

Фазний ротор (рис. 17.1, в) має трифазну обмотку. Кінці фаз об'єднані у єдиний вузол, а початки фаз з'єднані з трьома контактними кільцями, які розміщені на валу. На кільця накладають нерухомі контактні щітки, до яких підключають пусковий реостат. Після пуску двигуна опір пускового реостата плавно зменшують до нуля.

Кінці обмоток статора з'єднують "зіркою", або "трикутником", а початки фаз вмикають у трифазну мережу. У трифазній обмотці статора формується обертове магнітне поле, частота обертання якого

(17.1)

тут f₁ - частота змінного струму; р – кількість пар полюсів.

Обертання магнітного поля відносно провідників ротора спричиняє появу в них індуктованих ЕРС. Під дією останніх в провідниках ротора з'являються струми. На провідники зі струмом діють електромагнітні сили, які намагаються повернути ротор у напрямку обертання магнітного поля. Якщо створений цими силами обертовий момент більше гальмового моменту на валу, ротор почне обертатися. Однак, частота його обертання (n) декілька менше, ніж n₁ (n = (0,92 0,98)n₁). Ротор, немов би, весь час проковзує відносно магнітного поля.

Відношення різниці швидкостей магнітного поля та ротора до швидкості магнітного поля називають коефіцієнтом ковзання:

s = , (17.2)

звідки,

n = n₁(1 – s). (17.3)

В момент пуску двигуна n = 0, s_п = 1 (s_п – коефіцієнт ковзання при пуску).

Частота ЕРС і струму в роторі

f₂ = f₁s. (17.4)

Потужність, яку двигун споживає із мережі,

Р₁ = U₁І₁cosφ . (17.5)

Тут U₁ – підведена лінійна напруга, І₁ – лінійний струм статора, cosφ – коефіцієнт потужності двигуна.

Номінальною потужністю двигуна Р_ном називається корисна потужність двигуна, яка визначається в паспорті машини.

Номінальний момент на валу

М_ном = 9,55 . (17.6)

Номінальний коефіцієнт корисної дії

η_ном = . (17.7)

Формула Клосса:

(17.8)

тут s_к - критичне ковзання, яке визначається за паспортними даними двигуна

s_к = s_ном (λ + ). (17.9)

Розрахунки механічних характеристик М = ƒ(s) і n = ƒ(М) виконують, користуючись формулою Клосса і рівнянням (17.3). Види цих характеристик вказані на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Механічні характеристики асинхронного двигуна:

1 – при номінальній напрузі; 2 при напрузі менше, ніж номінальна;

3 – в коло фазного ротора ввімкнено додатковий опір

Момент асинхронного двигуна прямо пропорційний квадрату фазної напруги, яка підведена до статора: М ≡ U₁². Тому, для отримання значень моменту М′ при зниженій на ΔU% напрузі використовують співвідношення

М′ = М (17.10)

У двигунів з фазним ротором для збільшення пускового моменту в коло ротора вводять додатковий опір R_д, (див. рис. 17.2, криві 1 і 3). В цьому випадку максимальний момент не зменшується, а s_к′ > s_к.