Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин (ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин)

Посмотреть архив целиком

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. Проектирование асинхронных машин


В асинхронных машинах преобразование энергии происходит при несинхронном (асинхронном) вращении ротора и магнитного поля статора [6].


9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


В двигательном режиме разница частот вращения ротора и поля статора в большинстве случаев невелика и составляет лишь несколько процентов. Поэтому частоту вращения ротора оценивают не в абсолютных единицах (об/мин или об/с), а в относительных, вводя понятие скольжения:

s = (nс - n)/nс,


где nс — частота вращения поля (синхронная частота вращения); n - частота вращения ротора.

Скольжение выражается либо в относительных единицах (s = 0,02; 0,025 и т. п.), либо в процентах (s = 2 %; 2,5 % и т. п.).

Частота тока и ЭДС, наводимая в проводниках обмотки ротора зависят от частоты тока и ЭДС обмотки статора и от скольжения:


f2 = f1s; Е'2 = E1s,


где E1 — ЭДС обмотки статора; Е'2 — ЭДС обмотки ротора, приведенная к числу витков обмотки статора.

Теоретически асинхронная машина может работать в диапазоне изменения скольжения s = -∞...+ ∞ (рис. 9.1), но не при s = 0, так как в этом случае n = nс и проводники обмотки ротора неподвижны отнoсительно поля статора, ЭДС и той в обмотке равны нулю и момент отсутствует. В зависимости от практически возможных скольжений различают несколько режимов работы асинхронных машин (рис. 9.1): генераторный режим при s < 0, двигательный при 0 < s < l, трансформаторный при s = 1 и тормозной при s > 1. В генераторном режиме ротор машины вращается в ту же сторону, что и поле статора, но с большей частотой.



Рис. 9.1. Механическая характеристика асинхронной машины

В двигательном — направления вращения поля статора и ротора совпадают, но ротор вращается медленнее поля статора: n = nc(1 - s). В трансформаторном режиме ротор машины неподвижен и обмотки ротора и статора не перемещаются относительно друг друга. Асинхронная машина в таком режиме представляет собой трансформатор и отличается от него расположением первичной и вторич­ной обмоток (обмотки статора и ротора) и наличием воздушного зазора в магнитопроводе. В тормозном режиме ротор вращается, но направление его вращения противоположно направлению поля статора и машина создает момент, противоположный моменту, действу­ющему на вал. Подавляющее большинство асинхронных машин используют в качестве двигателей, и лишь очень небольшое количество — в генераторном и трансформаторном режимах, в тормозном режиме — кратковременно.

Для оценки механической характеристики асинхронного двигателя моменты, развиваемые двигателем при различных скольжениях, обычно выражают не в абсолютных, а в относительных единицах, т. е. указывают кратность по отношению к номинальному моменту: М* = М/Мном. Зависимость М* = f(s) асинхронного двигателя (рис. 9.2) имеет несколько характерных точек, соответствую­щих пусковому М*п, минимальному М*min, максимальному М*mах и но­минальному М*ном моментам.

Пусковой момент М*п характеризует начальный момент, развивае­мый двигателем непосредственно при включении его в сеть при неподвижном роторе (s = 1). После трогания двигателя с места его момент несколько уменьшается по сравнению с пусковым (см. рис. 9.2). Обычно М*min на 10... 15 % меньше М*п . Большинство двигателей проектируют так, чтобы их Mmin был больше Мном, так как они могут достигнуть но­минальной скорости лишь при условии, что момент сопротивления, приложенный к валу, будет меньше, чем М min.

Максимальный момент М*mах характеризует перегрузочную способность двигателя. Если момент сопротивления превышает М*mах, двигатель останавливается. Поэтому М*mах называют также критическим, а скольжение, при котором момент достигает максимума, - критическим скольжением sкр. Обычно sкр не превышает 0,1...0,15; в двигателях с повышенным скольжением (крановых, металлургических и т. п.) sкр может быть значительно большим.

В диапазоне 0 < s < sкр характеристика М = f(s) имеет устойчивый характер. Она является рабочей частью механической характе­ристики двигателя. При скольжениях s > sкр двигатель в нормаль­ных условиях работать не может. Эта часть характеристики определяет пусковые свойства двигателя от момента пуска до выхода на рабочую часть характеристики.

Трансформаторный режим, т. е. режим, когда обмотка статора подключена к сети, а ротор неподвижен, называют также режимом короткого замыкания двигателя. При s = 1 ток



Рис. 9.2. Зависимость тока и момента

асинхронного двигателя от скольжения


Рис. 9.3. Рабочие характеристики

асинхронного двигателя


двигателя в несколь­ко раз превышает номинальный, а охлаждение много хуже, чем при номинальном режиме. Поэтому в режиме короткого замыкания асинхронный двигатель, не рассчитанный для работы при скольже­ниях, близких к единице, может находиться лишь в течение несколь­ких секунд.

Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске двигателя, однако в этом случае он кратковременен. Несколько пусков двигателя с короткозамкнутым ротором подряд или через короткие промежутки времени могут привести к превышению до­пустимой температуры его обмоток и к выходу двигателя из строя.

Для работы асинхронных машин со скольжениями, близкими к единице, в трансформаторном или тормозном режимах их рассчи­тывают с пониженными электромагнитными нагрузками. Приме­ром использования асинхронных машин, номинальным режимом для которых является трансформаторный, могут служить индукци­онные регуляторы или фазовращатели [6].

Рабочие характеристики асинхронных двигателей (рис. 9.3) по­казывают, что наибольшего КПД правильно спроектированный двигатель достигает при нагрузке, на 15...20% меньше номиналь­ной. Двигатели рассчитываются так потому, что большинство из них из-за стандартной дискретной шкалы мощностей работают с не­догрузкой. Напомним, что наибольший КПД будет у двигателя при нагрузке, при которой постоянные не зависящие от тока потери (по­тери в стали, механические, вентиляционные) будут в сумме равны переменным, зависящим от тока, — электрическим потерям в об­мотках двигателя (см. гл. 6). Это позволяет при проектировании на­правленным выбором плотности тока в обмотках и индукции на участках магнитопровода определить нагрузку, при которой КПД достигнет наибольшего значения.

Конструктивные исполнения асинхронных двигателей по спосо­бу монтажа соответствуют ГОСТ 2479. Наибольшее распростране­ние получили группы исполнения IM2-IM4 (см. гл. 1), т.е. двигате­ли со станиной на лапах или с разного вида фланцами на станине или на подшипниковом щите. Среди двигателей малой мощности встречаются группы исполнения IM5 — машины без подшипнико­вых щитов и IM9 — машины специального исполнения, которые ча­сто применяют как встроенные в различные механизмы, в ручной электрифицированный инструмент и т. п. Асинхронные двигатели мощностью более 1000 кВт, особенно с малой частотой вращения, часто выполняют с выносными подшипниковыми стойками — груп­па исполнения IM7 или IM8.

По степени защиты от воздействия окружающей среды наиболее характерны для двигателей малой и средней мощности исполнения IP44 и IP54 со способом охлаждения IC0141. Двигатели средней мощности выпускают также со степенью защиты IP23 и способом охлаждения IC01. Двигатели большой мощности на высокое напря­жение часто имеют закрытое исполнение со встроенным воздушным или водяным охладителем, например с охлаждением по способу IC37A81 (см. гл. 7).

Сердечники статоров и роторов всех асинхронных двигателей общего назначения шихтуют из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. При длине сердечника менее 250...300 мм они вы­полняются без вентиляционных каналов. При большей длине сер­дечники подразделяют на пакеты длиной 40...50 мм каждый. Между пакетами устанавливают дистанционные распорки, при этом обра­зуются радиальные вентиляционные каналы, служащие для прохода охлаждающего воздуха. Ширина каналов в большинстве машин вы­полняется равной 10 мм. В собранной машине радиальные каналы статора и ротора располагаются напротив друг друга.

Статоры машин общего назначения напряжением до 660 В, мощ­ностью до 100 кВт имеют трапецеидальные полузакрытые пазы с уз­ким шлицем (см. рис. 3.4), размерные соотношения которых (шири­ну верхней и нижней частей и высоту паза) выполняют такими, чтобы зубцы статора имели параллельные стенки. Это уменьшает МДС зубцов по сравнению с зубцами с неравномерной площадью поперечного сечения. Обмотку таких машин выполняют из кругло­го провода.

В статорах машин большей мощности обмотку выполняют из прямоугольного провода, причем при напряжении, не превышаю­щем 660 В, из подразделенных катушек. Пазы статора в таких ма­шинах полуоткрытые (см. рис. 3.6, а), что позволяет избежать боль­шой неравномерности индукции в воздушном зазоре. Обмотку укладывают в пазы, пропуская через суженный шлиц паза каждую из полукатушек поочередно (см. гл. 3).

В статорах машин с номинальным напряжением 3 кВ и выше и машин специального исполнения независимо от напряжения выполняют обмотку из жестких, изолированных до укладки в пазы катушек. Поэтому пазы таких машин делают только открытыми (см, рис. 3.6, б).

Конструкция крепления сердечника статора в корпусе зависит от габаритов и мощности машины. В большинстве машин малой мощности корпуса выполняют из алюминия, в некоторых конструкциях - заливкой алюминия на собранный сердечник статора. Подшипниковые щиты также алюминиевые. В машинах большей мощности и корпуса, и подшипниковые щиты чугунные. В машинах больших габаритов корпуса сварные из стальных листов, закрытые снаружи листовой сталью. Магнитопровод крепится к продольным ребрам корпуса.

Магнитопроводы роторов шихтуют из той же стали, что и ста­торов. В двигателях общего назначения с высотой оси вращения до 450 мм их насаживают непосредственно на вал, причем до высоты1 оси вращения 250 мм — на гладкий вал; в двигателях с большей вы­сотой оси вращения — крепят на валу с помощью шпонки. Сердечники роторов больших габаритов насаживают на втулку или на ос­тов ротора.


Случайные файлы

Файл
6666-1.rtf
174419.rtf
112699.rtf
99657.rtf
144766.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.