Назначение и принцип действия асинхронного двигателя ВАО2-450-250-4У2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Постановка задачи

Номинальные данные асинхронного двигателя ВАО2-450-250-4У2

1. Конструкция асинхронного двигателя ВАО2-450-250-4У2

1.1 Общие сведения

1.2 Обмотка статора АД

1.3 Способ соединения фаз обмоток

1.4 Изоляция обмоток

2. Принцип действия асинхронного двигателя

3. Приемо-сдаточные испытания

4. Общее назначение асинхронного двигателя

5. Возможные неисправности и способы их устранения

6.. Приложения

- Программа и методика приемо-сдаточных испытаний

- Электрическая схема подключений для определения

характеристик холостого хода и короткого замыкания

- Протокола испытаний

- Фотографии асинхронного двигателя

Постановка задачи

- Указать номинальные асинхронного двигателя ВАО2-450-250-4У2

- Описать конструкцию асинхронного двигателя

- Пояснить принцип работы

- Описать назначение асинхронного двигателя

- Описать порядок приемо-сдаточных испытаний с указанием схем

- Пояснить и указать назначение и режим работы асинхронного двигателя

- Описать возможные неисправности и их способы устранения

Номинальные данные асинхронного двигателя ВАО2-450-250-4У2

- Номинальная мощность: 250кВт

- Напряжение: 6000В

- Ток статора: 29,1А

- Число фаз: 3

- Частота тока: 50Гц

- Частота вращения: 1500об/мин

- КПД: 94,87%

-соsц: 0,866

- Скольжение: 1,27%

Мп/Мн: 1,3 о.е.

Ммах/Мн: 1,94 о.е.

Iп/Iн: 6 о.е.

1. КОНСТРУКЦИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1 Общие сведения

Рисунок 1 Асинхронный короткозамкнутый двигатель (стрелками показана схема движения охлаждающего воздуха).

Рисунок 2 Асинхронный двигатель с фазным ротором.

Асинхронные машины имеют два основных исполнения: с короткозамкнутой обмоткой ротора рисунок 1 и с фазной обмоткой ротора -- с контактными кольцами рисунок 2. С точки зрения происходящих электромагнитных процессов в асинхронном двигателе можно выделить две наиболее важные части: неподвижный статор, обеспечивающий создание вращающегося магнитного поля, и вращающийся ротор, в котором создается электромагнитный момент, передаваемый приводимому механизму. Сердечники статора набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и реже 0,35 мм, изолированных друг от друга лаковым покрытием

Рисунок 3 Литая алюминиевая беличья клетка ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя (с короткозамыкающим кольцом и вентиляционными лопатками)

В сердечниках статора и ротора сделаны специальные пазы, в которых размещаются соответствующие обмотки.

Одной из наиболее распространенных роторных обмоток является короткозамкнутая, так называемая беличья клетка (внешне она напоминает беличье колесо -- рисунок 3). Рабочие провода этой обмотки (стержни) укладываются в пазы ротора неизолированными, благодаря чему обеспечиваются хорошее использование площади паза и хорошая теплоотдача от стержней к активной стали.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели по конструкции ротора имеют следующие модификации: с одиночной беличьей клеткой; глубокопазные; с двойной беличьей клеткой, или двухклеточные. Конструктивное отличие этих модификаций обусловливает различие характеристик этих машин, в первую очередь пусковых.

Асинхронные двигатели с одиночной беличьей клеткой на роторе имеют пазы, выштампованные в листовой стали, овальной или круглой формы рисунок 4 а Сверху эти пазы перекрываются мостиком толщиной 0,4--0,5 мм и заливаются алюминием. С обоих торцов ротора располагаются алюминиевые кольца, которые замыкают все отлитые в пазах стержни. Такая литая единая беличья клетка часто дополнительно снабжается с обеих сторон ротора специальными алюминиевыми крыльями. Эти крылья устанавливаются для увеличения теплоотвода от короткозамкнутого ротора и для лучшей вентиляции внутри асинхронной машины.

Рисунок 4 Пазы и стержни обмоток ротора. а -- одиночная беличья клетка; б-- глубокий паз; в -- двойная беличья клетка.

В асинхронных электродвигателях с глубокопазным ротором (рисунок 4 б) беличья клетка изготавливается обычно из медных стержней прямоугольного сечения. Короткозамыкающие кольца по торцам ротора, как правило, выполняются также из меди, в которых профрезеровываются прорези в соответствии с размерами прямоугольных стержней. Стержни и кольца припаиваются друг к другу тугоплавкими припоями.

Двухклеточный ротор (рисунок 4 в) выполняется с двумя беличьими клетками. Внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, благодаря чему обеспечиваются относительно большое ее активное сопротивление и сравнительно малое индуктивное. Эта обмотка выполняет функции пусковой в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора -- внутренняя -- изготавливается из меди с минимальным активным сопротивлением. Она выполняет функции основной рабочей обмотки двигателя. Обе обмотки имеют круглые пазы, однако внутренняя обмотка в ряде случаев выполняется прямоугольной или овальной формы. Короткозамыкающие торцевые кольца для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди.

Существуют другие модификации пазов ротора (бутылочного профиля, трапецеидального профиля), однако описанные выше являются наиболее характерными для асинхронных двигателей.

Асинхронные двигатели с фазным ротором (рисунок 2) мощностью 3--100 кВт и напряжением до 500 В обычно имеют полузакрытые пазы ,на роторе, в которые укладывается как правило трехфазная обмотка. Предварительно изолированные стержни этой обмотки заводят с торцевой стороны ротора, катушечные обмотки размещаются в открытых пазах.

Фазы роторной обмотки соединяются в звезду и реже в треугольник и подводятся к трем контактным кольцам, расположенным на валу двигателя и изолированным друг от друга. В цепь обмотки фазного ротора с помощью контактных колец и соприкасающихся с ними щеток можно вводить добавочные сопротивления или э. д. с. Это используется при необходимости изменения рабочих или пусковых характеристик двигателей. Кроме того, с помощью контактных колец и щеток можно замыкать обмотку ротора накоротко. Для уменьшения износа щеток в ряде конструкций асинхронных двигателей имеются специальные щеткоподъемные приспособления. С помощью этих устройств по окончании пуска двигателя контактные кольца замыкаются накоротко и образуют короткозамкнутый ротор, а щетки приподнимаются и не участвуют в работе.

Между ротором и статором асинхронных двигателей имеется воздушный зазор. Величина его составляет как правило 0,25--0,35 мм. Он проектируется как минимальный, допускаемый по механическим соображениям при изготовлении. Это обусловливается тем, что ротор имеет непосредственную связь со статором через магнитный поток, создаваемый статором. Чем меньше воздушный зазор между ними, тем эффективнее эта связь и тем более экономичным получается асинхронный двигатель.

1.2 Обмотка статора

асинхронный двигатель обмотка испытание

В пазах сердечника статора размещается многофазная обмотка, которая подсоединяется к сети переменного тока. Многофазные симметричные обмотки с числом фаз m включают в себя m фазных обмоток, которые соединяются в звезду или многоугольник. Так, например, в случае трехфазной обмотки статора число фаз m=3 и обмотки могут соединяться в звезду или треугольник. Между собой обмотки фаз смещены на угол 360/m град; для трехфазной обмотки этот угол равен 120°.

Обмотки фаз выполняются из отдельных катушек, соединенных последовательно, параллельно либо последовательно-параллельно. В данном случае под катушкой подразумеваются несколько последовательно соединенных витков обмотки статора, размещенных в одних и тех же пазах и имеющих общую изоляцию относительно стенок паза. В свою очередь витком считаются два активных (т. е. расположенных в самом сердечнике статора) проводника, уложенных в двух пазах под соседними разноименными полюсами и соединенных друг с другом последовательно. Проводники, расположенные вне сердечника статора и соединяющие активные проводники между собой, называются лобовыми частями обмотки. Прямолинейные части катушек обмоток, уложенные в пазы, называются сторонами катушек или пазовыми частями.

Пазы статора, в которые укладываются обмотки, образуют на внутренней стороне статора так называемые зубцы. Расстояние между центрами двух соседних зубцов сердечника статора, измеренное по его поверхности, обращенной к воздушному зазору, называется зубцовым делением или пазовым делением.

Катушки обмоток статора характеризуются определенным числом витков w1 и шагов y1. Шаг катушки определяется числом зубцовых делений, заключенных между центрами пазов, в которые укладываются проводники катушек. Шаг катушки считается полным -- диаметральным, если он равен полюсному делению, т. е. y1 = ф1 = Z1/2p. Если шаг меньше полюсного деления, то он носит название укороченного. Под полюсным делением ф1 (см) понимается длина окружности расточки сердечника статора, приходящаяся на один полюс его магнитного поля. Величина полюсного деления может быть найдена по формуле

где D1 -- диаметр расточки статора, см; 2р -- число полюсов обмотки статора.

Полюсное деление может быть также выражено числом пазовых делений, заключенных между осями соседних полюсов.

Центральный угол, соответствующий полюсному делению, составляет в двухполюсном электродвигателе 180, в четырехполюсном 90, в шестиполюсном 60° и т. д. Принято считать угол, соответствующий полюсному делению, равным 180 эл. град. Тогда число электрических градусов в окружности расточки для двигателя, имеющего 2р полюсов, составит 180•2р.

Катушка с укороченным шагом может характеризоваться некоторым коэффициентом укорочения а, который выражается отношением шага катушки y1 к величине полюсного деления ф1, т. е.

Укорочение шага приводит к снижению э. д. с, индуктируемой в катушке, так как при этом обе стороны витка не находятся одновременно под центрами соседних разноименных полюсов. Однако такие исполнения катушек имеют и ряд положительных сторон: экономия меди за счет лобовых частей, облегчение укладки катушек в пазы статора. Кроме того, при этом улучшаются электрические показатели двигателя за счет снижения так называемых высших гармонических, которые увеличивают потери и ухудшают форму поля э. д. с.

Катушки одной фазы обмотки статора, расположенные в соседних пазах и соединенные друг с другом последовательно, объединяются в так называемую катушечную группу. В свою очередь катушечные группы могут соединяться внутри каждой фазы последовательно или объединяться в параллельные ветви. Параллельные ветви присоединяются к внешним зажимам фазы. Число параллельных ветвей фазы a1 является одним из показателей обмоток переменного тока.

Одним из характерных показателей обмоток статора асинхронного двигателя является также число пазов на полюс и фазу q1. Эта величина показывает, сколько катушечных сторон каждой фазы приходится на каждый полюс обмотки статора или из скольких катушек состоят катушечные группы данной обмотки. Значение q1 можно найти из выражения

где Z1 -- число пазов статора; m -- число фаз обмотки статора.

Для обмотки ротора соответственно

Величина q может быть как целой, так и дробной. Однако в асинхронных двигателях наибольшее распространение получили обмотки с целым числом q.

В пазы статоров машин переменного тока закладываются как однослойные, так и двухслойные обмотки. Отличие двухслойной обмотки от однослойной заключается в том, что в пазы статора закладываются стороны двух катушек, а каждая катушка устанавливается на статоре в двух слоях. Один слой катушки размещается на дне паза, а другой в части паза, прилегающей к расточке статора - к воздушному зазору (рисунок 5 б, в ). Лобовые части катушки также располагаются в два слоя, а соединения слоев осуществляются в головках катушек. При двухслойном выполнении обмоток статора все катушки изготовляются одинаковыми, что упрощает и удешевляет производство и делает их более технологичными.

Рисунок 9 Пазы и обмотки статора. а -- полузакрытый паз, обмотка однослойная; б -- полузакрытый паз, обмотка двухслойная; в -- открытый паз, обмотка двухслойная; г -- полуоткрытый паз, обмотка однослойная; 1 -- обмоточный провод; 2 -- пазовая коробка; 3 -- прокладка под клином; 4 -- прокладка между слоями; 5 -- пазовый клин.

Одним из главных преимуществ двухслойных обмоток по сравнению с однослойными является возможность существенного влияния на форму поля обмотки с помощью укорочения шага. Указанные выше преимущества двухслойных катушек обеспечили их практическое применение в подавляющем большинстве машин переменного тока средней и большой мощности.

Однослойные обмотки (рисунок 5,а, г) имеют ряд преимуществ по сравнению с двухслойными при использовании их для сравнительно малых асинхронных двигателей. В этих обмотках отсутствует изоляционная прокладка в середине паза, что существенно улучшает использование объема паза и увеличивает коэффициент его заполнения. Кроме того, при изготовлении мелких машин мощностью до 4--5 кВт с мягкими всыпными однослойными катушками, которые закладываются одновременно обеими сторонами в пазы статора, появляется возможность использования автоматических или полуавтоматических станков для укладки обмоток..

По форме катушек двухслойные обмотки подразделяются на петлевые и волновые. В петлевой обмотке (рисунке 6) при обходе каждой фазы совершается движение петлеобразной формы, а в волновой обмотке (рисунке 7) при обходе фазы -- движение волнообразной формы .

По конструктивному исполнению двухслойные обмотки бывают катушечные и стержневые. В противоположность катушечным стержневые обмотки являются одновитковыми и изготовляются из двух полукатушек-стержней. Стержни закладываются в пазы и затем каждая пара стержней соединяется с одной стороны. Катушечные обмотки выполняются петлевыми, а стержневые как правило волновыми. Стержневые обмотки нашли применение в роторах средних и крупных асинхронных машин с контактными кольцами.

С точки зрения самой технологии изготовления катушки петлевых обмоток выполняются мягкими или жесткими

Рисунок 6 Развернутая схема двухслойной петлевой обмотки.

Рисунок 7 Развернутая схема двухслойной волновой обмотки.

Для мягких (всыпных) обмоток используются провода круглого сечения, которые «всыпаются» в полузакрытые пазы поочередно по одному проводнику. Такой способ изготовления обмоток применяется в асинхронных двигателях малой и средней мощности порядка до 100 кВт.

В машинах средней и чаще большой мощности используются жесткие обмотки из провода прямоугольного сечения. Эти провода предварительно формуются и изолируются, а затем укладываются в пазы статора.

1.3 Способ соединения фаз обмоток

Симметричные обмотки характеризуются тем, что наведенные во всех фазах обмотки статора э. д. с. равны по величине. При этом наведенные в каждой паре соседних фаз э. д. с. смещены во времени относительно друг друга на один и тот же угол. Как указывалось ранее, для трехфазной обмотки этот угол равен 120°.

В асинхронных двигателях используются два способа соединения фаз обмоток между собой: в звезду и треугольник. Эти соединения могут выполняться как внутри машины -- глухое подсоединение, так и вне двигателя -- с помощью сменных перемычек на специальном щитке, установленном на корпусе машины.

Для этого вида соединения к выводному щитку подводится шесть выводов -- начала и концы фаз. Внешнее соединение фаз наиболее удобно с точки зрения ее эксплуатации. В таком случае начала и концы фаз обмоток могут свободно отсоединяться при необходимости и подключаться к испытательной аппаратуре.

1.4 Изоляция обмоток

Изоляционные материалы и провода для обмоток определяются напряжением, на которое рассчитана обмотка, условиями ее эксплуатации (температура, влажность и др.), конструктивным исполнением обмотки (однослойная или двухслойная, катушечная или стержневая, мягкая или жесткая), а также формой паза. Изоляция необходима как между витками -- витковая, так и между проводом и заземленным корпусом двигателя -- корпусная.

Изоляционные материалы различаются по своей нагревостойкости -- способности выдерживать заданную рабочую температуру и выполнять свои функции в течение времени нормальной эксплуатации электрооборудования, в котором используется данный электроизоляционный материал.

Согласно ГОСТ 8865-70 различают семь классов нагревостойкости: Y, А, Е, В, F, Н, С. Для изоляции обмоток применяются материалы классов А, Е, В, F и Н, для которых в таблице 1 приведены допустимые температуры.

Таблица 1

Для защиты основных изоляционных материалов от механических повреждений употребляются электрокартон и электронит. Для повышения электрической и механической прочности, влагостойкости и улучшения теплоотдачи обмотки пропитываются в электроизоляционных лаках: маслянобитумных, глифталемасляных, кремнийорганических и др.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Трехфазная цепь переменного тока состоит из трех однофазных цепей. В этих цепях токи или напряжения изменяются по тому же периодическому закону с той же частотой, но с некоторым сдвигом (отставанием) во времени. Величина отставания тока во второй фазе по сравнению с током в первой фазе составляет 1/3 периода Т, или 120°. Ток в третьей фазе также отстает от тока во второй фазе на 1/3 периода.

На рисунке 8,б показано образование магнитного поля с помощью трех контуров, сдвинутых относительно друг друга на 120° и питающихся от трехфазной сети переменного тока. На рисунке 8,а показан характер прохождения токов в каждой фазе, т. е. в каждом из контуров.

Рисунок 8 Образование вращающегося магнитного поля трехфазным током: а --изменение фазных токов во времени; б --магнитное поле в разные моменты времени.

Такой случай, соответствующий моменту времени t1, показан на верхнем примере рисунке б. Пользуясь известным из физики правилом буравчика, можно построить силовые линии создаваемого магнитного поля токов. Направление этих силовых линий будет аналогично направлению силовых линий поля, создаваемого с помощью постоянного магнита, обозначенного на рисунке пунктиром.

В некоторый момент времени t2 величина iВ достигнет своего наибольшего положительного значения, при этом токи iА , iС отрицательны. Такой пример рассмотрен на втором сверху рисунке Как видно, в рассматриваемом случае две образовавшиеся зоны токов противоположного направления создают таксе же поле, как и в момент времени t1, однако, повернутое на 1/3 окружности, т. е. на 120° по часовой стрелке.

Далее сравним распределение магнитного поля на оставшихся двух примерах соответствующих моментам времени t3 и t4, с рассмотренными выше случаями для моментов времени t1 и t2. При сравнении видно, что за период изменения тока Т создаваемое этим трехфазным током магнитное поле поворачивается на целый оборот, т. е. на 360°. Такое магнитное поле называется вращающимся.

В асинхронном электродвигателе имеются две основные части: вращающийся ротор и неподвижный статор. В наиболее широко распространенных трехфазных асинхронных электродвигателях статор подключается к трехфазной сети переменного тока. Трехфазный ток обмоток статора создает вращающееся магнитное поле с частотой n0 в указанном направлении (рисунок 9) с магнитным потоком Ф.

Рисунок 9

Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки и показано на рисунке (силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, т.е. ротора, относительно магнитного поля). В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила F. Направление силы определяется по правилу левой руки (силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца - по направлению тока в обмотке ротора). В данном режиме электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой n. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т.е. переключить две фазы.

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n=n0). При этом в обмотке ротора ЭДС E2 будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I2=0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя - асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Для сравнения частоты вращения магнитного поля n0 и ротора n ввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквой s. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

S=(n0?n)/n0 или S=[(n0?n)/n0]100%.

При пуске в ход асинхронного двигателя n=0,S=1. В режиме идеального холостого хода n=n0, S=0. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:

0<S?1.

При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:

Sн=(2ч5)%.

В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:

Sхх=(0,2ч0,7)%.

3. ПРИЕМО-СДАТОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Важнейшим этапом изготовления машины является этап испытания электрической машины. Испытания электрических машин проводят с целью проверки соответствия их качества требованиям стандартов или технических условий. Для осуществления этих целей необходимы программы и методики испытания электрических машин. Программы испытания электрических машин должны быть составлены таким образом, чтобы можно было получить все показатели и характеристики машин, установленные техническими условиями. Точность результатов испытаний в значительной степени зависит от методики испытаний.

Проведение испытаний электрических машин необходимо на всех этапах. На стадии проектирования проводят испытания макетных и опытных образцов электрических машин для проверки соответствия выходных показателей и характеристик машины требованиям технического задания. На стадии изготовления испытания отдельных узлов машины (например обмотки) проводятся после завершения отдельных технологических операций. После сборки машины испытания проводят для проверки соответствия её выходных показателей требованиям технических условий. При эксплуатации электрические машины периодически подлежат ремонту. После ремонта электрическая машина также должна быть испытана.

Испытания электрических машин на электромашиностроительных заводах являются частью общего технологического процесса.

В стандартах на электрические машины сформулированы технические требования к показателям качества электрических машин. Большинство из них нуждается в проверке путём испытаний электрических машин. К ним относятся требования по надёжности, нагреву, энергетическим показателям (КПД, коэффициент мощности), а также требования к электрической прочности изоляции обмоток, механической прочности вращающихся частей машины, эксплуатационным показателям (таким, как максимальный, начальный пусковой и минимальный моменты, начальный пусковой ток, скорость нарастания напряжения возбуждения и др.), способности выдерживать кратковременные перегрузки, длительной или кратковременной работе в анормальных условиях, шумам и вибрациям, индустриальным радиопомехам.

По перечисленным, а так же по ряду других требований к качеству электрических машин, в стандартах устанавливаются количественные показатели качества, а также в ряде случаев допуски на них. При испытаниях проверяют соответствие измеренных или рассчитанных показателей качества требованиям стандартов.

4. ОБЩЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания.

Двигатели асинхронные взрывобезопасные ВАО с питанием от сети переменного трехфазного тока частотой 50 или 60 Гц предназначены для привода насосов, вентиляторов, дымососов, воздуходувок и других механизмов. Используются при транспортировке углеводородов и других газов и жидкостей в шахтах, опасных по газу и пыли, и во взрывоопасных зонах помещений, отнесенных по взрывоопасности к категории 1, 2, 3 и к группам Т1, Т2, Т3, Т4 (согласно классификации ПУЭ).

Область применения

Энергетика, нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая, горнодобывающая, металлургическая промышленность и другие отрасли народного хозяйства.

5. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

В таблице указаны наиболее характерные неисправности асинхронных двигателей и способы их устранения.

Таблица

Размещено на Allbest.ru