Электродвигатели переменного тока

     Синхронные  электродвигатели – двухобмоточные электрические машины, одна из обмоток которых присоединяется к электрической сети с постоянной частотой вращения, а 2 обмотка возбуждается постоянным током, частота вращения ротора не зависит от нагрузки.

     Применяются в качестве двигателей в крупных установках (привод поршневых компрессоров, воздухопроводов и т. д.), в основном используются в качестве генераторов.

     Номинальные данные для синхронных двигателей: механическая мощность на валу двигателя  кВт; коэффициент мощности; КПД; схема  соединений фаз обмоток статора; линейное напряжение обмотки статора В; частота вращения (об/мин); частота тока статора Гц; линейный ток статора А; напряжение и ток обмотки возбуждения.

     Каждый  двигатель маркируется. На корпусе  каждого двигателя должна быть прочно укреплена табличка, на которой указаны: товарный знак предприятия-изготовителя; тип двигателя с указанием климатического исполнения и категории; заводской номер двигателя; номинальный режим работы; номинальные - мощность, кВт; напряжение,В; сила тока, А; частота вращения, об/мин; система возбуждения; напряжение параллельной обмотки, В; масса; год выпуска; стандарт.

     Для двигателей взрывозащищенных на видном месте должны быть нанесены знак взрывозащиты (ВЗГ) и возле заземляющих зажимов – знаки заземления.

     Асинхронные электродвигатели переменного тока нашли самое широкое применение в промышленности, они используются для привода быстроходных механизмов, для привода насосов, вентиляторов, прокатных станов и т.д.

     Асинхронные электродвигатели применяются во многих отраслях промышленности. 

     Глава2. Основные технические  показатели

     При описании основных технических показателей  асинхронного электродвигателя электрического двигателя переменного тока учитываются такие характеристики, как:

     Коэффициент их полезного действия, определяемый как отношение полезно затрачиваемой им мощности ко всей мощности, которая подводится к рассматриваемому оборудованию.

     Коэффициент полезного действия линии электропередачи, который называется коэффициентом мощности или величиной «косинуса фи». Этот коэффициент равен отношению активной мощности электрической цепи к полной подведенной к ней мощности. Величина косинуса фи зависит от устройства и принципа действия электрического оборудования, электрических сетей и систем. Чем больше величина косинуса, чем ближе она к 1, тем эффективнее и экономнее расходуется электроэнергия. Эта величина не должна быть ниже 0,9.

     При оценке электродвигателей также  используются их рабочие характеристики, которые представляют собой зависимости  параметров двигателя от мощности на валу. Ими являются: скоростная, моментная, характеристика коэффициента мощности, характеристика КПД.

     Также существуют следующие характеристики, позволяющие охарактеризовать данный вид продукции:

     Номинальный режим работы – режим работы, для которого двигатель предназначен.

     Номинальные параметры электрической машины, характеризующие номинальный режим  ее работы, относятся к работе машины на высоте до 1000м над уровнем моря и при температуре газообразной охлаждающей среды до +40 градусов Цельсия и охлаждающей воды до +30 градусов.

     Номинальные режимы работы электрических машин, которые включают продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и перемежающийся режимы работы.

     Номинальная мощность – полезная механическая мощность на валу, выражается в Вт, кВт, МВт, указывается на заводском щитке  электродвигателя.

     Номинальное напряжение – соответствующее номинальному режиму работы электродвигателя.

     Номинальное напряжение возбуждения электродвигателя

     Номинальный ток электрического двигателя –  ток, соответствующий номинальному режиму работы.

     Номинальный ток возбуждения электродвигателя – ток возбуждения, соответствующий  номинальному режиму работы.

     Номинальная частота вращения электрической  машины

     Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя.

     К параметрам, необходимым для характеристики электродвигателей также относятся: рабочая температура отдельных частей электродвигателя, коэффициент инерции, начальный пусковой ток, начальный пусковой вращающий момент, минимальный вращающий момент, максимальный вращающий момент, предельно допускаемые превышения температур частей электродвигателя, высота оси вращения электродвигателя.

     Технико-экономические  показатели – размеры, масса и  стоимость электродвигателя – зависят  от его главных размеров – внутреннего  диаметра сердечника якоря и его  длины. В свою очередь главные размеры зависят от мощности двигателя, частоты вращения, а также основных электромагнитных нагрузок в номинальном режиме – индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки.

     Вся совокупность параметров позволяет  охарактеризовать асинхронный электродвигатель переменного тока.

     В таблице 1 приведены технические  характеристики асинхронного электродвигателя переменного тока. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 1

     Технические характеристики асинхронного электродвигателя переменного  тока

 
 
 
 
 
 
 

Глава3. Техническая реализация

     Для технической реализации системы  с поддержанием постоянства коэффициента полезного действия асинхронного электродвигателя необходимо знать либо мгновенные величины относительного скольжения либо величину угла между током статора и потокосцеплением ротора.

     Измерить  скольжение можно с помощью электромеханического или цифрового датчика скорости, угол между I₁ и Y₂ - с помощью датчиков напряжения и датчиков фазных токов. Так как датчик скорости существенно повышает стоимость системы регулирования, эксплуатационные затраты и ухудшает общую надежность системы, то более предпочтителен вариант системы с обратной связью по углу между векторами тока статора и потокосцепления ротора. 

       

     Рис. 1. Алгоритм определения угла между I₁ и Y₂ 

     Существующие  в настоящее время методы определения  угла между I₁ и Y₂, например [1, 2, 3], имеют низкое быстродействие (не более шести измерений искомого угла за один оборот вектора поля) и невысокую точность измерения, обусловленную “дрейфом нуля” аналоговых элементов схемы и вводом в алгоритм определения углов активного сопротивления статора, значение которого изменяется в широких пределах при нагреве двигателя.

     Рассмотрим  алгоритм определения угла между I₁ и Y₂, лишенный вышеуказанных недостатков (рис. 1). Для обоснования алгоритма построим векторную диаграмму асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, отложив вдоль действительной оси R_a ток намагничивания I₀, определенный по известным реактивным параметрам асинхронного двигателя и измеренным значениям фазных токов и напряжений.

     Значение  углов между I₁ и Y₂ можно определить в реальном масштабе времени, когда вращение вектора тока статора статора I₁ определяется частотой питания асинхронного двигателя и в ускоренном масштабе времени, когда вращение вектора тока I₁ определяется в модели выбранным шагом временного интервала и быстродействием микропроцессорной системы. Второй вариант измерения углов более предпочтителен, так как позволяет осуществить больше измерений.

     По  измеренным значениям фазных токов  двигателя определяем величину вектора  тока I₁ и совмещаем его в модели с действительной осью Ra, а затем переводим (в произвольный момент времени t₁) вектор тока I₁ в неподвижную, относительно статора, систему координат, то есть начинает выполняться программа, согласно которой вектор тока I₁ поворачивается против часовой стрелки со скоростью, определяемой быстродействием микропроцессорной системы и выбранным шагом временного интервала. 

     

     Рис. 2. Т-образная схема замещения

 

      Из Т-образной схемы замещения (рис. 2) видно, что 

      , 

     то  есть векторы тока и потокосцепления  ротора взаимно перпендикулярны. В  процессе поворота угол между векторами I₀ и Y₂ g(t) будет изменяться согласно выражения: 

      (1), 

     где a=w₀t - текущий угол между вектором тока статора и действительной осью Ra. В момент времени t₂ вектор тока статора I₁ займет положение OC, при котором векторы тока ротора I₂ и потокосцепления ротора Y₂ взаимно перпендикулярны, то есть g(t₂)=g. 

       

     Рис. 3. Образование произвольного угла J 

     Определим величины потокосцеплений статора  и ротора. Предположим, что статор и ротор трехфазного асинхронного двигателя имеют симметричные обмотки, воздушный зазор по всей окружности ротора одинаков, магнитное поле в  воздушном зазоре распределено синусоидально, оси обмоток статора и ротора не совпадают, образуя произвольный угол j (рис. 3). 
 
 
 

Заключение

     В заключении подведем основные итоги  дипломной работы.

     Асинхронные двигатели применяются в промышленности, например, для приводов крановых установок общепромышленного назначения, а также различных грузовых лебедок и других устройств, необходимых в производстве.

     Можно сказать, что асинхронные электродвигатели переменного тока имеют огромное значение для большинства видов промышленности.

     Целью данной дипломной работы являлись систематизация, накопление и закрепление знаний об асинхронных электродвигателях переменного тока.

     Для реализации данной цели были решены следующие  задачи:

     - изучить основные сведения об  асинхронных электродвигателях  переменного тока;

     - проанализировать основные технические  показатели;

     - описать техническую реализацию.

     Асинхронные электродвигатели переменного тока имеют огромное значение для промышленности, они неприхотливы, надежны, имеют  большую долговечность и более  просты по устройству и более дешевы чем электродвигатели постоянного  тока. Недостатки электродвигателей  устраняются при помощи различных  модификаций, таких как двухклеточный  ротор и глубокий паз на роторе и другими.