Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Имайки предвид факта, че доставките на електроенергия традиционно се осъществяват чрез доставяне на променлив ток към потребителите, ясно е желанието да се създадат електрически машини, работещи на доставената електрическа енергия. По-специално, променлив ток се използва активно в асинхронни електродвигатели, които са широко използвани в много области на човешката дейност. Особено забележително е асинхронен двигател с ротор с катерична клетка, който по няколко причини заема силна позиция в приложението.
Тайната на такава популярност е преди всичко в простотата на дизайна и ниската цена на неговото производство. Електрическите двигатели на ротори с късо съединение имат и други предимства, които ще научите от тази статия. И първо, помислете за конструктивните характеристики на този тип електрически мотори.
дизайн
Всеки електродвигател има две важни работни части: ротор и статор. Те са затворени в защитен корпус. На вала на ротора е монтиран вентилатор, който охлажда проводниците на намотката. Това е общ принцип на конструкцията на всички видове електрически двигатели.
Конструкциите на статорите на разглежданите електродвигатели не се различават от конструкцията на тези части в други видове електродвигатели, работещи в мрежи с променлив ток. Ядрата на статора, проектирани да работят при трифазно напрежение, са подредени в кръг под ъгъл от 120º. Те се монтират на намотките от изолиран меден проводник на определено напречно сечение, които са свързани с триъгълник или звезда. Конструкцията на статорната магнитна верига е монтирана твърдо върху стените на цилиндричното тяло.
Структурата на електродвигателя е ясна от фигура 1. Отбележете конструкцията на намотките без сърцевина в ротор с късо съединение.
Роторът е малко по-различен. Дизайнът на неговата намотка е много подобен на катерицата. Той се състои от алуминиеви пръти, краищата на които затварят късото съединение. При двигателите с голяма мощност използването на медни пръти може да се разглежда като късо съединение на роторни намотки. Този метал има ниско съпротивление, но е по-скъп от алуминия. В допълнение, медът се топи по-бързо и това не е желателно, тъй като вихровите токове могат да загреят ядрото силно.
Структурно, прътите са разположени на върха на роторните сърцевини, които се състоят от трансформаторна стомана. При производството на ротори, жилата се монтират на вала, а навиващите проводници натискат (изливат) в жлебовете на магнитната верига. Не е необходимо да се изолират жлебовете на ядрото. Фигура 2 показва снимка на ротор с намотки на късо съединение.
Магнитните плочи на такива ротори не изискват изолация на повърхности от лак. Те са много лесни за производство, което намалява разходите за асинхронни електродвигатели, които представляват до 90% от общия брой електродвигатели.
Роторът се върти асинхронно вътре в статора. Между тези части се определя минималното разстояние под формата на въздушни междини. Оптималният клирънс е между 0, 5 mm и 2 mm.
В зависимост от броя на използваните фази асинхронните електродвигатели могат да се разделят на три типа:
- единична фаза;
- двуфазен;
- три фаза.
Те се различават по броя и разположението на статорните намотки. Моделите с трифазни намотки се характеризират с висока стабилност при номинално натоварване. Те имат най-добрите начални характеристики. Често тези електродвигатели използват проста схема за пускане.
Двуфазните двигатели имат две перпендикулярно разположени статорни намотки, всяка от които получава променлив ток. Често се използват в еднофазни мрежи - една намотка е свързана директно към фазата, а за захранване на втория се използва кондензатор за фазово изместване. Без тази част въртенето на вала на асинхронния електродвигател няма да започне самостоятелно. Поради факта, че кондензаторът е неразделна част от двуфазен електродвигател, такива двигатели се наричат още кондензаторни двигатели.
При изграждането на еднофазен електродвигател се използва само една работна намотка. За да започне въртенето на ротора, се използва бобина за пускане на индуктивност, която за кратко се свързва към мрежата чрез кондензатор или късо съединение. Тези двигатели с ниска мощност се използват като електрически задвижвания за някои домакински уреди.
Принцип на действие
Работата на асинхронния двигател се осъществява на базата на трифазно токово свойство, способно да произвежда въртящо магнитно поле в статорните намотки. При разглежданите електрически двигатели, синхронната честота на въртене на електромагнитното поле е право пропорционална на характерната честота на променливия ток.
Има обратно пропорционална зависимост на скоростта на въртене от броя на двойките полюси в намотките на статора. Като се има предвид, че фазовото изместване е 60 °, зависимостта на скоростта на ротора (в rpm) може да се изрази с формулата:
n 1 = ( f 1 * 60) / p, където n 1 е синхронната честота, f 1 е честотата на променливия ток, а p е броят на двойките полюси.
В резултат на магнитната индукция върху роторната сърцевина в нея ще възникне ЕДС, което от своя страна води до появата на електрически ток в затворен проводник. Ще възникне амперна сила, под действието на която затвореният контур ще започне да се върти след магнитното поле. При номиналния режим на работа скоростта на ротора леко изостава от скоростта на въртене на магнитното поле, създадено в статора. Когато честотите съвпадат, магнитният поток спира, токът изчезва в намотките на ротора, в резултат на което силата спира. Щом скоростта на въртене на вала се забави, променливите токове на магнитните полета възобновяват действието на амперната сила.
Разликата в честотата на въртене на магнитните полета се нарича честота на приплъзване: n s = n 1 - n 2, а относителната стойност s, която характеризира лага, се нарича приплъзване.
s = 100% * ( n s / n 1 ) = 100% * (n 1 - n 2 ) / n 1, където n s е честотата на приплъзване; n 1, n 2 - честотата на въртене на магнитните полета на статора и ротора съответно.
За да се намалят хармониците на ЕМП и да се изгладят пулсациите на въртящия момент, прътовете на късо съединение се въртят малко. Обърнете още един поглед към снимката. 2 и се обръща внимание на разположението на прътите, които действат като роторни намотки, спрямо оста на въртене.
Приплъзването зависи от механичното натоварване на вала на двигателя. При асинхронните електродвигатели промяната в параметрите на приплъзване се извършва в диапазона от 0 до 1. Освен това, в режим на празен ход роторът, който е набрал инерция, почти не изпитва активно съпротивление. S се приближава към нула.
Увеличаването на натоварването допринася за увеличаване на хлъзгането, което може да достигне единица, по време на спиране на двигателя поради претоварване. Такова състояние е еквивалентно на режим на късо съединение и може да деактивира устройството.
Относителната величина на закъснението, съответстваща на номиналния товар на електрическата машина, се нарича номинално приплъзване. За електродвигатели с ниска мощност и двигатели със средна мощност този индикатор варира в малък диапазон - от 8% до 2%. Когато роторът на двигателя е неподвижен, приплъзването има тенденция към 0, а когато работи на празен ход, достига 100%.
По време на пускането на електродвигателя, неговите намотки са под товар, което води до рязко увеличаване на пусковите токове. При достигане на номиналната мощност електрическите двигатели с късо съединение независимо възстановяват номиналната честота на ротора.
Обърнете внимание на кривата на момента на приплъзване, показана на фиг. 3.
С увеличаването на въртящия момент коефициентът s се променя от 1 на 0 (виж раздела „моторна зона“). Също така увеличава скоростта на въртене на вала. Ако скоростта на въртене на вала надвиши номиналната честота, тогава въртящият момент ще стане отрицателен и двигателят ще премине в режим на генериране (сегмент "генериращ регион"). В този режим роторът ще усети магнитно съпротивление, което ще доведе до спиране на двигателя. Колебателният процес ще се повтаря, докато въртящият момент се стабилизира и приплъзването е близко до номиналната стойност.
Предимства и недостатъци
Широкото използване на асинхронни двигатели с ротори с късо съединение се дължи на техните неоспорими предимства:
- стабилност на работата при оптимални натоварвания;
- висока надеждност при работа;
- ниски оперативни разходи;
- дълготрайност на работа без поддръжка;
- относително висока ефективност;
- ниска цена, в сравнение с модели, базирани на фазови ротори и други видове електродвигатели.
Сред недостатъците може да се отбележи:
- високи пускови токове;
- чувствителност към спадане на напрежението;
- ниски коефициенти на приплъзване;
- необходимостта да се използват устройства като честотни преобразуватели, пускови резистори и др., за да се подобрят характеристиките на електродвигателя;
- ЕД с ротор с катеричка се нуждае от допълнителни превключващи устройства, в случаите когато е необходимо да се регулира скоростта.
Електрическите двигатели от този тип имат прилична механична характеристика. Въпреки недостатъците, те водят по отношение на тяхното прилагане.
Основни технически характеристики
В зависимост от класа на двигателя, неговите технически характеристики се различават. В рамките на тази статия задачата за намаляване на параметрите на всички съществуващи класове двигатели не е поставена. Ще се съсредоточим върху описанието на основните технически характеристики на електродвигателите от класове 56 A2 - 80 B2.
В тази малка празнина на моделната линия на електромотори с ротори с късо съединение, може да се отбележи следното:
Мощност варира от 0.18 kW (клас 56 A2) до 2.2 kW (клас 80 B2).
Токът при максимално напрежение е от 0.55 A до 5A.
Ефективност от 66% до 83%.
Скоростта на въртене на вала за всички модели от определения диапазон е 3000 об / мин.
Спецификациите на даден двигател са изброени в паспорта му.
връзка
Статорните намотки на трифазния ADKR могат да бъдат свързани съгласно схемата "триъгълник" или "звезда". В същото време звездичката изисква напрежение по-високо от това на триъгълник.
Имайте предвид, че електрически мотор, свързан по различни начини към една и съща мрежа, консумира различна мощност. Ето защо, не можете да свържете електрически мотор, предназначени за схемата на "звезда" на принципа на триъгълник. Но за да се намалят стартовите токове, е възможно да се превключи за времето на стартиране на контактите на звездата в триъгълника, но след това и началният момент също ще намалее.
Схемите за окабеляване са ясни от фигура 4.
За свързване на трифазен електродвигател към еднофазен ток се използват фазообменни елементи: кондензатори, резистори. Примери за такива връзки са показани на Фигура 5. Можете да използвате както звезда, така и триъгълник.
За да се контролира работата на двигателя, към електрическата верига на статора се свързват допълнителни устройства.