Автоматизированный электропривод машин и аппаратов химических производств

Изображенная условно на рисунке 4. защелка 3–4 (или механизм свободного расцепления) предназначена для того, чтобы при ненормальном режиме работы защищаемой цепи была исключена возможность вручную (рукояткой) или дистанционно принудительно удерживать контакты автоматического выключателя во включенном положении. Механизмы свободного расцепления состоят из системы рычагов, и их конструкции весьма разнообразны. [2, стр. 340]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Изображение контактов и катушек на электрических схемах

Наименование элемента	Обозначение
Контакт коммутирующего устройства (общее обозначение):
замыкающий
размыкающий
переключающий
Выключатель:
однополюсный
трехполюсный
Переключатель:
однополюсный
трехполюсный
Переключатель двухполюсный трехпозиционный с нейтральным положением
Разъединитель
Выключатель нагрузки
Выключатель автоматический
Кнопки управления:
с замыкающим контактом
с размыкающим контактом
Контакт главной цепи контактора, магнитного пускателя:
замыкающий
размыкающий
замыкающий дугогасительный
размыкающий дугогасительный
Контакт теплового реле без самовозврата (с возвратом нажатием кнопки)
Контакт замыкающий с выдержкой времени при замыкании
Контакт замыкающий с выдержкой времени при размыкании
Контакт размыкающий с выдержкой времени при замыкании
Контакт размыкающий с выдержкой времени при размыкании
Обмотка контактора, реле
Нагревательный элемент теплового реле

 

4 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ  АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Принцип действия асинхронных двигателей основан на двух явлениях- образовании рабочего вращающегося магнитного поля токами в обмотке статора и воздействии этого поля на токи, индуцированные в короткозамкнутых  витках  ротора.

                 

 

 

Рисунок 6 – Пакет штампованных листов   Рисунок 7 – Вид с торца                                                                                  электротехнической стали для статора.                                трёхфазной обмотки статора с                                                                                                                                                                                                 

                                                                                                  тремя катушками в каждой фазе.

 

В зависимости от способа образования вращающегося магнитного поля различают трехфазные и двухфазные обмотки статора. Статор машины собирают, как и у трансформатора, из штампованных листов электротехнической стали (рис. 6). По внутренней кромке листов вырублены пазы, которые создают в статоре каналы для укладки проводников обмотки. Пакет листов статора запрессован в корпус-оболочку, который имеет соединительные элементы (лапы, торцовый фланец и т. д.) для крепления к неподвижному жесткому основанию. Обмотку статора выполняют в виде одно- или многовитковых катушек, имеющих, как правило, одинаковые размеры. Каждая фаза статорной обмотки состоит из нескольких последовательно включенных катушек.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  8 –Лобовые части трёхфазной обмотки статора

 

В качестве примера на рис. 6 изображены катушки простейшей трехфазной обмотки, создающей двухполюсное поле; каждая фаза образована тремя катушками, находящимися в соседних пазах. Такая обмотка статора с несколькими катушками в каждой фазе обеспечивает распределение магнитной индукции, близкое к синусоидальному. Если бы  форма  торцовых   (лобовых)   частей   катушек была такой, как на рис. 7, то ротор машины нельзя было бы вставить в статор. Поэтому лобовые части катушек отгибают и они проходят вдоль торцовой поверхности пакета статорных листов (рис. 8).                                    

  Большинство машин имеет  двухслойные статорные обмотки, когда в пазу располагаются в два слоя активные части двух различных катушек.

    Ротор асинхронной  машины также набирают из штампованных листов электротехнической стали, которые запрессовывают на вал, ходящий при сборке машины в боковые подшипниковые щиты.

Роторы изготовляют двух типов:

1) с трехфазной    обмоткой,    соединенной звездой, выводы которой подключены к контактным   кольцам   (рис. 9,   а);

2) с короткозамкнутой  обмоткой, получившей название «беличье  колесо» (рис. 9, а), так как ее проводники образуют фигуру, похожую на колесо для белки.

Рисунок  9 -  Конструкция   (а)  и  условное  графическое  обозначение  (б)

ротора   с  контактными    кольцами    (1 — пакет ротора;    2— обмотка

ротора;  3 — контактные  кольца)

 

У двигателя с контактными кольцами к обмотке ротора присоединяют посредством щеток трехфазный реостат с целью улучшения пусковых характеристик машины. После окончания пуска кольца замыкают накоротко. Трехфазную обмотку выполняют из изолированного прохода, а кольца изолируют от вала двигателя.

Короткозамкнутую обмотку типа «беличье колесо» изготовляют, заливая в пазы ротора алюминий. Стержни обмотки, имеющие удлиненную форму, замкнуты торцовыми кольцами, которые отливаются одновременно со стержнями. Кроме того, алюминиевая отливка имеет лопасти, обеспечивающие вентиляцию машины.

       Условные графические обозначения двигателей на электрических схемах показаны па рис. 9, б, и рис. 10, б. В дальнейшем, рассматривая принцип действия и теорию работы асинхронных двигателей, не будем различать два типа роторов, так как многостержневая обмотка в виде “беличьего колеса” эквивалентна по электрическим свойствам двух- или трехфазной обмотке.

        Двух- или трехфазной обмоткой  статора можно создать одну бегущую волну магнитной индукции, т. е. образовать вращающееся магнитное поле. Угловая скорость этого поля зависит от частоты токов статорной обмотки ω и числа пар полюсов р:

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Конструкция (а) и условное графическое обозначение (б) ротора с короткозамкнутой обмоткой (1 – замыкающие кольца; 2 – вентиляционные лопасти; 3 – вал; 4 – пакет ротора).

 

Ω1= ω/p                (1)

Число полюсов задается шириной катушек обмотки статора τ:

                                         τ =πDст/2p       

По традиции скорость вращения характеризуют частотой вращения и выражают в об/мин. Частота вращения  магнитного поля

n1=60·f / p         (2)

Естественно, числа р образуют натуральный ряд 1, 2, 3, ..., а частоту вращения поля при заданной частоте со можно изменять только дискретно. Например, при промышленной частоте f=50 Гц.

n1=3000/p = 3000;   1500;   1000  ...  об/мин.

В проводниках обмотки ротора вращающееся магнитное поле индуцирует э.д.с., пропорциональные магнитной индукции Вδ в воздушном зазоре:

e2=lυотнВδ

На рис. 11 изображена волна магнитной индукции Вδ(.х) и показаны направления э.д.с. е2 в проводниках (правило правой руки). Э.д.с. создают токи ротора. Среднее значение электромагнитной силы пропорционально действующему значению активной составляющей тока.

На рис. 11 показаны токи ротора i2а, направление которых совпадает с направлением э.д.с. е2. Направления действия электромагнитных сил F определены по правилу левой руки. Эти силы заставляют ротор вращаться вслед за полем статора.

Направление вращения ротора можно было бы определить па основании закона Ленца, в соответствии с которым силы взаимодействия индуцированных в роторе токов с вращающимся полем стремятся сохранить неизменным потокосцепление проводящих контуров ротора. Это возможно только в случае, когда ротор начнет вращаться в ту же сторону, что и поле. Однако ротор никогда не сможет вращаться с той же скоростью, что и поле статора, так как при равенстве их скоростей не будет индуцироваться э.д.с. в обмотке ротора и, следовательно, не будет создаваться ток ротора. Обозначив скорость ротора Ω2, запишем кратко условие образования вращающего электромагнитного момента:

М>0, если Ω2< Ω1.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  11 – Образование электромагнитного вращающего момента двигателя.

 

Таким образом, ротор асинхронного двигателя вращается несинхронно— асинхронно по отношению к полю статора. Относительную скорость ротора, равную разности скоростей Ω1 и Ω2, называют скоростью скоростью скольжения ротора   и обозначают  ΩS:

                                             ΩS = Ω1 - Ω2    (3)

Относительное значение скорости скольжения

     s= ΩS/ Ω1         (4)

называемое скольжением, играет фундаментальную роль в теории асинхронных машин. Величину s часто выражают в процентах:

s= (ΩS/ Ω1)*100.        

         При неподвижном роторе, в первый  момент пуска двигателя  Ω2 =0,

Асинхронные двигатели проектируют так, что при холостом ходе

Ω2Х= Ω1 и  sХ=0,001- 0,005

при номинальной нагрузке

Ω2ном=0,95 Ω1  и sном=0,05.

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По назначению двигателя определили тип двигателя: трехфазный асинхронный с контактными кольцами. Выбранный двигатель работает в длительном режиме с переменной нагрузкой согласно нагрузочной диаграмме (рисунок 1). Серию двигателя определили по справочным таблицам, предварительно рассчитав среднюю мощность нагрузки без проверки его по нагреву.  Составили схему автоматизированного пуска двигателя с реверсом и защитой. Для оптимальной работы двигателя и защиты от токов перегрузки выбрали тепловое реле..

По средней мощности выбрали в справочной литературе [3] двигатель марки 4А132М4У3, со следующими характеристиками:

 

Синхронная частота вра- щения, об/мин	Мощность, кВт	Скольжение, %	КПД,%	cosφ	Мmax Mном	Мп Mном	Мmin Mном	Imax Iном
1500	11	2,8	87,5	0,87	2,2	2	1,6	7,5

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ред. Герасимов В.Г., Электротехника, «Высшая школа», М. 1985,480 с.
2. Иванов И.И., Равдоник В.С., Электротехника, «Высшая школа», М. 1984, 375 с.
3. Ред. Копылов И.П., Справочник по электрическим машинам, «Энергатомиздат», М. 1988, 456 с.