Използването на асинхронни двигатели в промишлеността. Обхват на синхронните електродвигатели
Въпрос 13: Къде се използват асинхронни двигатели с катерица?
Отговор 13:
Асинхронни двигатели с ротор с катерица се използват в електрически задвижвания (с контрол на скоростта), конвейери, повдигащи механизми, вентилаторни инсталации, компресори, инжекционни (течни) помпи, различни миксери (бетон, тесто), топкови мелници, трошачни инсталации, дъскорезници , задвижвания на металорежещи машини.
Тестови въпроси
Това, което се нарича машина променлив ток?
Избройте режимите на работа на AC машини.
По какви показатели може да се определи режимът на работа асинхронна машина?
Какво е електромагнитен момент? Единици.
Каква е посоката на вектора на магнитната индукция на намотка с ток? Донесете рисунка.
как Електрическа енергияконсумираната HELL от мрежата се превръща в механична енергия на въртене на ротора?
Какво се нарича броят на двойките полюси на машината?
Принципът на работа на еднофазен IM (с начална намотка
Принципът на работа на еднофазен (2-намотков) IM с фазово изместващ кондензатор. ?
Тема № 6. ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПОСТОЯНОКОВ ДВИГАТЕЛ С ПАРАЛЕЛНО ВЪЗБУЖДАНЕ
Цели на работата: 1) запознайте се с устройството и принципа на работа, стартиране и методи за регулиране на скоростта на двигателя постоянен токпаралелно възбуждане;
2) да се проучат основните характеристики на двигателя и метода за тяхното отстраняване.
Работата се извършва на универсална стойка (фиг. 47). Като натоварване на DC двигател М 1 използван трифазен асинхронен двигател М 2, работещи в режим на динамично спиране. За да може асинхронният двигател да функционира като спирачка, неговата статорна намотка се захранва с постоянен ток от мостов токоизправител, свързан към вторичната верига на автотрансформатор. т. Чрез въртене на двигателя на автотрансформатора се задава спирачният ток 
и по този начин задайте необходимия спирачен момент на вала на двигателя. За измерване на спирачния ток се използва амперметър. RA 1. Автотрансформаторът е свързан към AC мрежата чрез ключ Q 1.
В арматурната верига на изследвания двигател МВключен 1 стартов реостат 
, във веригата на възбуждащата намотка - регулиращ реостат 
и амперметър RA 3, измерване на задвижващия ток. Моторът е свързан към DC мрежата чрез превключвател Q 2. Мрежово напрежение Uизмерено с волтметър PV, и тока на двигателя 
- амперметър RA 4.
Електрическата верига на стойката е показана на фиг. 46. Оборотите на двигателя се измерват с оборотомер, който не е показан на диаграмата. Мащаб този уредкалибриран в rpm (с коефициент 2/3).
тестови въпроси
Въпрос 1. Обяснете устройството и принципа на работа на двигателя с паралелно възбуждане.
Отговор 1: DC двигател се използва за преобразуване на DC електрическа енергия в механична енергия. Двигател паралелно възбуждане, се състои от две основни части: неподвижна - статор и въртяща се - ротор. Дизайнът и схемата на електрическо свързване са показани съответно на Фиг. 48 и Фиг. 49.
Статорът е стоманен корпус - рамка, върху чиято вътрешна цилиндрична повърхност са закрепени полюсните сърцевини с полюсни върхове. Намотките са поставени върху сърцевините, които съставляват възбуждащата намотка, свързана към източник на постоянен ток. Възбуждащата намотка е разположена на главните (основните) полюси и създава основния магнитен поток на двигателя. В допълнение към основните полюси на рамката може да има допълнителни полюси, предназначени да подобрят превключването.
Роторът се състои от котва и колектор, които са монтирани на един и същи вал и са механично едно цяло. Арматурата е цилиндрична сърцевина, сглобена от листове от електротехническа стомана за намаляване на магнитните загуби. В жлебовете му е положена намотка, съставена от отделни секции, свързани помежду си и с колекторни плочи.
Колекторът е цилиндър, съставен от отделни медни пластини, изолирани една от друга и от арматурния вал. Върху колектора са насложени неподвижни графитни (медно-графитни) четки, през които намотката на котвата е свързана към източник на постоянен ток. Колекторът и четките са предназначени да променят посоката на тока в проводниците на намотката на котвата, когато се преместват от зоната на магнитния полюс на една полярност (например северния полюс) към зоната на полюса на друга полярност. - (Южен полюс). Поради това посоката на въртене на арматурата остава непроменена.
Когато двигателят е свързан към източник на постоянен ток, токове се появяват в намотките на полето и котвата ( 
и 
) В резултат на взаимодействието на тока на котвата с магнитния поток, създаден от намотката на възбуждане, възниква сила на Ампер и съответно електромагнитен въртящ момент:
,
където 
- коефициент в зависимост от конструктивните параметри на двигателя; 
- ток на котвата; 
е магнитният поток на машината.
Полезен въртящ момент на вала на двигателя Мпо-малко електромагнитен въртящ момент със стойността на загубите на празен ход 
поради механични и магнитни загуби.
В стационарно състояние въртящият момент е равен на спирачния момент
.
Когато арматурата се върти, нейните проводници пресичат магнитното поле и в тях се индуцира ЕМП 
, където 
- честота на въртене на котвата; 
- стойността е постоянна за тази машина.
Тъй като ЕМП е насочен срещу тока на котвата, той се нарича контра-ЕМП.
Статията разглежда някои области на приложение на синхронни електродвигатели, които имат отлични характеристики при въртене на мощни задвижвания. Самите синхронни електрически машини могат да развият мощност до 20 хиляди kW.
Синхронните двигатели се различават от асинхронните двигатели с много по-голяма мощност и полезен товар. Промените в тока на възбуждане ви позволяват да регулирате натоварването в тях. За разлика от асинхронни двигателипри синхронно при ударни натоварвания скоростта остава постоянна, което им позволява да се използват в различни механизми в металургичната и металообработващата промишленост.
Двигателите със синхронен тип действие са в състояние да развият мощност до 20 хиляди kW, което е много важно за задействане на задвижващите механизми на мощни машини за обработка в машиностроенето и други индустрии. Например при високопроизводителни гилотинни ножици, където има големи ударни натоварвания върху ротора на двигателя.
Синхронните електродвигатели се използват успешно като източници на реактивна мощност в товарните възли за поддържане на стабилно ниво на напрежение. Доста често двигатели със синхронен принцип на работа се използват като силови машини в компресорни агрегати с голям капацитет.
Мощните двигатели са направени с помощта на система за противовентилация, при която лопатките на вентилатора са разположени върху ротора. Икономичен и надежден синхронен двигател осигурява ефективна и икономична работа на помпеното оборудване.
Важна характеристика на синхронните електрически машини е поддържането на постоянна скорост на въртене, което е важно за въртенето на задвижвания под формата на помпи, компресори, вентилатори и различни генераторипроменлив ток. Също така е ценно да можете да регулирате реактивен токпоради вариации в тока на възбуждане на намотките на котвата. Поради това косинусният индекс φ се увеличава във всички работни диапазони, което повишава ефективността на двигателите и намалява загубите в електрическите мрежи.
Самите двигатели със синхронен принцип на работа са устойчиви на колебания на напрежението в мрежата и осигуряват постоянна скорост на въртене при възникването им. Синхронните електродвигатели, когато захранващото напрежение намалява, запазват по-голяма претоварваща способност в сравнение с асинхронните. Възможността за усилване на възбудителния ток при спадове на напрежението повишава надеждността на тяхната работа при аварийни спадове на захранващото напрежение в електрическата мрежа.
Синхронните електрически машини са рентабилни при мощности над 100 kW и се използват главно за задвижване на мощни вентилатори, компресори и други електроцентрали. Като недостатъци на синхронните машини може да се отбележи тяхната конструктивна сложност, наличието на външно възбуждане на намотките на ротора, трудността при стартиране и доста високите разходни характеристики.
Принципът на работа на синхронен електродвигател се основава на взаимодействието на въртенето на магнитното поле на котвата с магнитни полетаполюси на индуктора. Котвата обикновено е разположена на статора, а индукторът на подвижния ротор. При големи мощности електромагнитите служат като полюси, докато постоянен ток се подава към ротора чрез контакти с плъзгащи се пръстени.
Моторите с ниска мощност използват постоянни магнити, разположени на ротора. Съществуват и синхронни машини с обърнат принцип на действие, когато котвата е поставена върху ротора, а индукторът - върху статора. Този дизайн обаче се използва в двигатели с по-стар дизайн.
Синхронните електрически машини могат да работят в генераторен режим, когато котвата е разположена на статора за лесен избор на генерираната електроенергия. На този принцип се основават мощни генератори, работещи във водноелектрически централи.
В момента почти всички електрически задвижвания са нерегулирани задвижвания с асинхронни двигатели. Намират широко приложение в системите за топлоснабдяване, водоснабдяване, климатизация и вентилация, компресорни агрегати и други области. Благодарение на плавното регулиране на скоростта, в повечето случаи е възможно да се откажат от дросели, вариатори, скоростни кутии и други устройства за управление, което значително опростява механичната система, намалява нейните експлоатационни разходи и повишава надеждността.
Стартирането на двигателя, когато е свързано чрез честотен преобразувател, се извършва плавно, без удари и стартови токове, което намалява натоварването на механизмите и двигателя, увеличавайки техния експлоатационен живот. Използването на регулируемо електрическо задвижване ви позволява да спестите до осемдесет процента електроенергия. Такива спестявания се постигат поради премахването на непродуктивните разходи в устройствата за управление. Във водоснабдителните системи подобно регулиране позволява спестяване не само на електроенергия, но и на вода, както и намаляване на броя на авариите поради повреда на тръбопроводите.
Честотните преобразуватели се използват най-успешно в допълнителни помпени помпи в системи за топлоснабдяване и водоснабдяване. Такива системи се характеризират с неравномерно потребление на вода в зависимост от сезона, деня от седмицата и часа на деня. При постоянно количество вода, подадено през периода на повишения му анализ, налягането значително отслабва, а с намаляване на дебита в тръбопровода налягането се увеличава, което не само води до загуби на вода, но и увеличава риска от разкъсване на тръбопровода. Използването на честотен преобразувател ви позволява да регулирате подаването на вода по два начина - или в съответствие с определен график, или като вземете предвид действителния воден поток - това ви позволява да определите сензора за налягане или нивомер. Регулираното водоснабдяване ви позволява да намалите наполовина разходите за електроенергия, значително да намалите потреблението на топлина и вода.
Прецизен контрол на скоростта на въртене е необходим при производството на полимерни нишки, хартия, тел, стъклопакет. Използването на честотен преобразувател в такива процеси позволява да се получат висококачествени продукти, да се увеличи производителността, да се премахнат счупванията, докато материалът по време на навиване ще има еднакво напрежение по цялата дебелина на ролката. Ако технологичният процес изисква движение на продуктите с постоянна скорост, се използват няколко честотни преобразуватели, плавен старти стоп, безстепенна промяна на скоростта.
Днес обхватът на електродвигателите е много обширен, а един от най-популярните и използвани видове двигатели е асинхронният Електрически двигател. Но самият асинхронен електродвигател е разделен на два вида:
- с късо съединена роторна намотка (ротор с катерица), фазов ротор;
- Двигател на Schrage-Richter (захранван от страната на ротора).
Приложение на асинхронни електродвигатели
Асинхронните двигатели могат да работят в два режима на работа: като генератор и като електродвигател. Това показва, че те могат да се използват като източник електрически токв автономни мобилни източници на енергия.
Използването на асинхронни двигатели като теглителна сила е по-мащабно и засяга много области от човешкия живот. Те са намерили широко приложение както в битови електроуреди с малка мощност, така и в технологичното оборудване на предприятията и селското стопанство.
Видове основни повреди, тяхната диагностика и необходим ремонт на асинхронен електродвигател
Макар че асинхронни електродвигателиимат висока надеждност и ниска производствена цена, което доведе до тяхната популярност, те, въпреки това, се провалят. Някои неизправности на електродвигатели могат да бъдат диагностицирани само със специализирано оборудване и изискват ремонт във фабрика за производство и ремонт на електродвигатели. Има обаче неизправности, които можете сами да диагностицирате и отстраните, което е възможно в условията на вашето производство.
Една от тези неизправности е, че електрическият мотор не набира нормални обороти при стартиране или не се върти. Причините за тази неизправност може да са от електрическо или механично естество. Електрическите причини включват вътрешно прекъсване в намотката на ротора или статора, прекъсване на връзките в стартовото оборудване или прекъсване на захранващата мрежа. Ако има прекъсване на вътрешните намотки на двигателя, ако те са свързани по схемата "триъгълник", тогава първо трябва да ги отворите. След това с помощта на мегаомметър се определя фазата, в която е настъпил прекъсването. След определяне на счупването, намотката на двигателя се пренавива и отново се сглобява и монтира на място.
Ниско напрежение в мрежата, лоши контакти в намотката на ротора или високо съпротивление във веригата на ротора на двигател с навит ротор кара двигателя да се върти при пълно натоварване под номиналната скорост. Лошите контакти в намотката се откриват чрез прилагане на напрежение (20 -25% от номиналното) към статора на двигателя. В същото време заключеният ротор се завърта ръчно и се проверява силата на тока във всички фази на статора. При здрав ротор силата на тока във всички позиции е еднаква. В случай на прекъсване на контакта при запояване на предните части ще се забележи спад на напрежението. Максимално допустимата разлика в показанията не трябва да надвишава 10%.
Разгръщане на електродвигателя с отворена верига на фазовия ротор. Причината за такава неизправност е късо съединение в намотката на ротора. Тази неизправност е внимателен външен преглед, както и измерване на изолационното съпротивление на намотката на ротора. В случай, че проверката не даде резултати, тогава се определя чрез определяне на неравномерното нагряване на намотката на ротора. В този случай роторът се спира и към статора се прилага намалено напрежение.
Равномерното нагряване на електродвигателя над допустимата норма възниква поради продължително претоварване и влошаване на охладителната система. Тази повреда води до преждевременно износване на изолацията на намотката.
Локалното нагряване на намотката на статора възниква поради късо съединение на намотката към корпуса на 2 места, погрешно свързване на намотките във всяка фаза, късо съединение между 2 фази или късо съединение между завоите на намотката в една от фазите на намотката на статора. Можете да диагностицирате тази неизправност чрез намаляване на скоростта на въртене на електродвигателя, силно бръмчене или миризма на прегрята изолация. Определянето на повредена намотка се извършва чрез измерване на съпротивлението (повредената фаза има по-малко съпротивление) или чрез измерване на силата на тока при прилагане на ниско напрежение.
При свързване на намотките по схемата "звезда", силата на тока в повредената фаза ще бъде по-висока, отколкото в останалата част. В случай на използване на "триъгълник", линейният ток в здравите проводници ще има по-висока стойност.
Изгаряне или топене на стомана, което се случва, когато късо съединениенавиване на статора, късото съединение на стоманени листове поради контакта на статора с ротора или поради разрушаването на изолацията води до локално нагряване на активната стомана на ротора. В този случай се появява дим, миризма на изгоряло, искри, бръмченето на двигателя се засилва. Тази неизправност възниква поради износване или неправилно монтиране на лагери, силна вибрация или едностранно привличане на ротора към статора (късо съединение в намотката на статора).
Асинхронни машини
Лекция 5
Понастоящем асинхронните машини се използват главно в двигателен режим. Машините с мощност над 0,5 kW обикновено са трифазни, а с по-малка мощност - монофазни.
За първи път дизайнът на трифазен асинхронен двигател е разработен, създаден и тестван от нашия руски инженер М. О. Доливо-Доброволски през 1889-91 г.
Демонстрацията на първите двигатели се състоя на Международното изложение за електротехника във Франкфурт на Майн през септември 1891 г. На изложението бяха представени три трифазни двигателя с различна мощност. Най-мощният от тях беше с мощност 1,5 kW и се използваше за задвижване на DC генератор. Дизайнът на асинхронния двигател, предложен от Доливо-Доброволски, се оказа много успешен и е основният тип дизайн на тези двигатели досега.
През годините асинхронните двигатели са намерили много широко приложение в различни индустрии и селското стопанство.
Използват се в електрозадвижването на металорежещи машини, подемно-транспортни машини, конвейери, помпи, вентилатори. В устройствата за автоматизация се използват двигатели с ниска мощност.
Широкото разпространение на асинхронните двигатели се дължи на тяхната
предимства в сравнение с други двигатели: висока надеждност, възможност за работа директно от електрическата мрежа, лекота на поддръжка.
5.2. Устройството на трифазна асинхронна машина
Фиксираната част на машината се нарича статор, Подвижен - ротор. Сърцевината на статора е изработена от листова електротехническа стомана и пресована в рамката. На фиг. 5.1 показва монтажа на сърцевината на статора. Рамката (1) е изработена от лят, немагнитен материал. Най-често леглото е изработено от чугун или алуминий. На вътрешната повърхност на листовете (2), от които е направена сърцевината на статора, има жлебове, в които трифазна намотка(3). Намотката на статора е направена главно от изолирана медна тел с кръгло или правоъгълно напречно сечение, по-рядко от алуминий.
Намотката на статора се състои от три отделни части, наречени фази. Началото на фазите се обозначава с букви от 1, от 2, от 3, краищата - от 4, от 5, от 6.
Началото и краищата на фазите се показват на клемореда (фиг. 5.2 a), фиксиран върху рамката. Намотката на статора може да бъде свързана по схема звезда (фиг. 5.2 b) или триъгълник (фиг. 5.2 c). Изборът на схемата за свързване на статорната намотка зависи от линейното напрежение на мрежата и данните от табелката на двигателя. В паспорта трифазен двигателзадават се линейни напрежения на мрежата и схемата на свързване на статорната намотка. Например 660/380, Y/∆. Този двигател може да бъде свързан към мрежа с Ul = 660V по схема звезда или към мрежа с Ul = 380V - по схема триъгълник.
Основната цел на намотката на статора е да създаде въртящо се магнитно поле в машината.
Роторно ядро(Фиг. 5.3 b) се набира от листове от електрическа стомана, от външната страна на които има жлебове, в които е положена намотката на ротора. Намотката на ротора е от два вида: късо съединениеи фаза. Съответно асинхронните двигатели се предлагат с ротор с катерица и фазов ротор (с контактни пръстени).
Ориз. 5.3
Намотката на късо съединение (фиг. 5.3) на ротора се състои от пръти 3, които са положени в жлебовете на сърцевината на ротора. От краищата тези пръти са затворени с крайни пръстени 4. Такава намотка прилича на „колело на катерица“ и се нарича тип „катерица“ (фиг. 5.3 а). Двигателят с катерица няма движещи се контакти. Поради това такива двигатели имат висока надеждност. Намотката на ротора е изработена от мед, алуминий, месинг и други материали.
Доливо-Доброволски е първият, който създава двигател с ротор с катерица и изследва свойствата му. Той установи, че такива двигатели имат много сериозен недостатък - ограничен стартов момент. Доливо-Доброволски нарече причината за този недостатък - силно съкратен ротор. Той също така предложи дизайна на двигател с фазов ротор.
На фиг. 5.4 показва разрез на асинхронна машина с фазов ротор: 1 - рамка, 2 - намотка на статора, 3 - ротор, 4 - контактни пръстени, 5 - четки.
При фазовия ротор намотката е трифазна, подобна на намотката на статора, със същия брой двойки полюси. Завъртанията на намотките се полагат в жлебовете на сърцевината на ротора и се свързват по схемата на звездата. Краищата на всяка фаза са свързани към контактните пръстени, фиксирани на вала на ротора, и чрез четките се извеждат във външната верига. Плъзгащите пръстени са изработени от месинг или стомана и трябва да бъдат изолирани един от друг и от вала. Като четки се използват металографитни четки, които се притискат към контактните пръстени с помощта на пружини на четкодържателя, фиксирани неподвижно в корпуса на машината. На фиг. 5.5 дадено символасинхронен двигател с короткозатворен (а) и фазов (б) ротор.
На фиг. 5.6 показва разрез на асинхронна машина с ротор с катерица: 1 - рамка, 2 - ядро на статора, 3 - намотка на статора, 4 - ядро на ротора с намотка с катерица, 5 - вал.
Върху щита на машината, закрепен на леглото, са дадени данните: R n, U n, I n, n n, както и вида на машината.
- P n е номиналната нетна мощност (на вала)
- U n и I n - номинални стойности на линейното напрежение и ток за определената схема на свързване. Например 380/220, Y/∆, InY/In∆.
- n n - номинална честотавъртене в об/мин.
Типът на машината, например, е даден като 4AH315S8. Това е асинхронен двигател (А) от четвъртата серия на защитен дизайн. Ако буквата H отсъства, тогава двигателят е със затворен дизайн.
- 315 - височина на оста на въртене в mm;
- S - инсталационни размери (те са зададени в справочника);
- 8 - броят на полюсите на машината.