Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Введение………………………………..………………………………………..3
1. Асинхронный двигатель……………………………………………………….4
1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора……..……………………..4
1.2 Принцип действия асинхронного двигателя……….…………………….4
1.3 Устройство асинхронного двигателя…………………….….……………5
1.4 Работа асинхронного двигателя под нагрузкой…………………………7
2. Электромагнитный момент асинхронного двигателя….…………………...8
2.1 Зависимость электромагнитного момента от скольжения…………10
3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя………………………...11
Заключение……………………………………………………………………17
Список использованной литературы……………………………………….18

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающихся магнитных полей и основных законов электротехники.

1.1 Электромагнитная схема  асинхронной машины,  направления токов  и  электромагнитного  момента 
В асинхронных двигателях вращающееся магнитное поле создаётся трёхфазной системой при включении её в сеть переменного тока. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них э.д.с. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то в ней под действием индуцируемой э.д.с. проходит ток.
В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем обмотки статора создаётся вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля. Для изменения направления вращения ротора необходимо поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трёх проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.


1.3 Устройство асинхронного двигателя
Сердечник статора набирается из стальных пластин, толщиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами и крепят в станине двигателя. Станину устанавливают на фундаменте. В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соединяют между собой так, что образуется трёхфазная система. Для подключения обмоток статора к трёхфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником. Это даёт возможность включить двигатель в сеть с разным напряжением. Для низких напряжений (220/127 В) обмотка статора соединяется треугольником, для высоких (380/220 В) – звездой. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуется цилиндр с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым  ротором.

Рис 1.3.
...

1.4 Работа асинхронного двигателя под нагрузкой
n 1 – частота вращения магнитного поля статора. 
n 2 – частота вращения ротора.
n 1 > n 2
Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой n s = n 1 – n 2
Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется скольжением S = n s / n 1, => S =( n 1 – n 2) / n 1
Если ротор неподвижен, то n 2 =0, 
S = ( n 1 – n 2) / n 1, => S = n 1 / n 1 =1
Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.
При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение мало, и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n 2 уменьшится.
...

2. Электромагнитный момент асинхронного двигателя

Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:
M=CΦI2cosψ2.
Здесь:  – конструктивный коэффициент;
ω0=2πf/p  – скорость вращения магнитного поля;
ψ2  – сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора;
I2cosψ2 – активная составляющая тока ротора.
Величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля Φ и активной составляющей тока ротора.

Рис 2.1 пояснение влияния cosψ2 на величину электромагнитного момента: а) ψ2=0°, (cosψ2=1); б) ψ2=90°, (cosψ2=0).
Как следует из рис. 2.1.а, если ψ2=0°, в создании электромагнитного момента участвуют все проводники обмотки ротора, т.е. момент имеет наибольшее значение. Если ψ2=90° (рис.2.1.б), результирующая электромагнитная сила и момент равны нулю.
...

2.1 Зависимость электромагнитного момента от скольжения
Выражение для электромагнитного момента справедливо для любого режима работы и может быть использовано для построения зависимости момента от скольжения при изменении последнего от +∞ до −∞ (рис. 2.3).

Рис 2.3
Скольжение, при котором момент достигает наибольшего значения, называют критическим скольжением Sкр, а наибольшее значение момента – критическим моментом Mкр. Отношение критического момента к номинальному называют перегрузочной способностью двигателя
Mкр/Mн=λ=2÷3.
Из анализа формулы на максимум можно получить соотношения для Mкр и Sкр
Mкр=Cм
U12
 ;     Sкр≈
R2
 .

2X2

X2

Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. При уменьшении U1 снижается перегрузочная способность асинхронного двигателя.
Из выражения, разделив M на Mкр, можно получить формулу, известную под названием «формула Клосса», удобную для построения M=f(S).
...

3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками  называют графические зависи­мости частоты вращения  п2 (или скольжения s), момента на валу М2 , тока статора I1 , коэффициента полезного действия η и cos φ1 от полезной мощности Р2 при U1 = const и f1 = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме.
Примерный вид рабочих характеристик асинхронного двигателя показан на рис. 3.1. Частота вращения, ток статора, момент на валу, потребляемая и полезная мощности приведены на графике в относительных единицах. Рабочие характеристики строят только для зоны устойчивой работы двигателя, т. е. до скольжения (1,1 ÷ l,2)sном .

Рис. 3.1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя (а ) и типичная кривая КПД электрической машины и ее потерь (б)
Частота вращения ротора.
...

Заключение

Асинхронные двигатели малой мощности нашли широкое применение в электроприводах промышленности, сельского хозяйства, в бытовых электроприводах благодаря своей простоте и надежности. Важными достоинствами данного двигателя являются простота его устройства и большая надежность, вызванная отсутствием скользящих контактов. Двигатель имеет достаточный пусковой момент, легко в нем меняется направление вращения ротора. В результате этого асинхронные двигатели являются самыми распространенными в технике электрическими машинами.
В последние годы опубликованы учебные пособия, посвященные проектированию асинхронных двигателей малой мощности, предназначенные для систем автоматики, имеются также учебные пособия по проектированию асинхронных двигателей большой и средней мощности.
...