Асинхронный двигатель с массивным ротором

Механическая характеристика асинхронного двигателя с массивным ротором. Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных режимах. Влияние насыщения и поверхностного эффекта на магнитное сопротивление ротора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство высшего и среднего образования республики Узбекистан

Ташкентский Государственный Технический Университет имени Абу Райхана Беруни

Факультет: «Энергетический»

На тему: Асинхронный двигатель с массивным ротором

Предмет: Специальные электромеханичские преобразователи

Выполнил: Сулейманов Р.

Принял: Пирматов Н. Б.

Ташкент - 2014 г



Содержание

Асинхронный двигатель с массивным ротором

Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных режимах

Применение асинхронных двигателей с массивными роторами

Список литературы



Асинхронный двигатель с массивным ротором

асинхронный двигатель массивный ротор

Ротор этого двигателя представляет собой сплошной ферромагнитный цилиндр (рис. 1). Такой ротор играет одновременно роли магнитопровода и токопровода. Вращающееся магнитное поле проникает на определенную глубину в тело ротора и индуктирует в нем вихревые токи. Эти токи при взаимодействии с магнитным полем образуют электромагнитный момент. Вследствие сильно выраженного поверхностного эффекта вихревые токи протекают в сравнительно тонком слое на глубине проникновения электромагнитного поля в тело ротора. Эквивалентная глубина проникновения зависит от частоты перемагничивания ротора. Для двигателя, рассчитанного на частоту 50 Гц, эквивалентная глубина проникновения при пуске (5=1) составляет только 1--3 мм, в рабочем режиме при s = 0,05 -- примерно 5--15 мм. Вообще в линейном приближении глубина проникновения изменяется обратно пропорционально +fs . Это приводит к соответствующему изменению сечения слоя, по которому протекают вихревые токи, активного сопротивления массивного ротора.

Рис1

В результате такого проявления с массивным ротором поверхностного эффекта пусковой момент в двигателе с массивным ротором достаточно велик, и он уступает двигателю с короткозамкнутой обмоткой на роторе только по своим рабочим свойствам -- КПД и коэффициенту мощности. Объясняется это тем, что в номинальном режиме при скольжении s = 0,1 -5-0,5 глубина проникновения тока и потока в тело ротора еще достаточно мала, а электрическое сопротивление для тока и магнитное сопротивление для потока велики, вследствие чего двигатель имеет большие электрические потери в роторе и большой намагничивающий ток.

Для улучшения рабочих характеристик иногда прикрепляют с двух сторон к торцевым поверхностям цилиндрического ротора медные короткозамыкающие кольца. Медные кольца имеют значительно меньшее удельное электрическое сопротивление, чем стальное тело ротора, и выполняют ту же роль, что и торцевые короткозамыкающие кольца беличьей клетки. В результате активное сопротивление массивного ротора уменьшается за счет увеличения электрической проводимости торцевых частей. С этой же целью в микродвигателях прибегают к покрытию внешней поверхности массивного ротора тонким слоем меди толщиной 0,1--0,3 мм. Кроме того, можно добиться улучшения рабочих характеристик подбором такого материала для массивного ротора, который обладал бы оптимальными электрической и магнитной проводимостями. В этом направлении в последнее время достигнуты определенные успехи. Получены сплавы, обладающие большей электрической проводимостью и меньшей магнитной проницаемостью, чем у стали, при применении которых глубина проникновения поля существенно возрастает и технические показатели улучшаются.

Применение массивного ротора, обладающего большой механической прочностью, позволяет построить асинхронные двигатели на весьма высокие частоты вращения (10 000--100 000 об/мин и более). Такие двигатели предназначаются для питания от источников повышенной частоты (400--1500 Гц и более) и находят применение в специальных электроприводах, например гироскопических устройствах.

Несмотря на технологичность конструкции двигателей с массивным ротором, в общепромышленном электроприводе они пока не применяются. Это связано исключительно с их недостаточно высокими энергетическими показателями в рабочих режимах.

Интересной разновидностью рассматриваемого двигателя является двигатель с полым магнитным ротором, В этом двигателе в целях уменьшения массы и момента инерции ротор выполняется в виде полого сплошного ферромагнитного цилиндра. Толщина его стенок может быть выбрана равной глубине проникновения в рабочих режимах. При частотах 400--1000 Гц она составляет 0,3--0,5 мм и 1 -- 3 мм при 50 Гц.

Поскольку магнитный поток замыкается по стенкам полого магнитного ротора, в двигателе с таким ротором нет необходимости во внутреннем статоре. Этим он выгодно отличается от двигателя с полым немагнитным ротором. Однако из-за довольно низких КПД и cos ф, а также других недостатков двигатели с полым магнитным ротором имеют ограниченное распространение.

Ротор асинхронной машины можно изготовить из массивной стальной поковки без пазов и без обмотки. В этом случае роль обмотки играет сам массивный ротор, в котором вращающееся магнитное поле будет индуктировать токи.

Активное r2 и индуктивное сопротивления массивного ротора ввиду сильно выраженного поверхностного эффекта значительно зависят от скольжения. Так, в случае f1 = 50 Гц при пуске (S = 1) эквивалентная глубина проникновения токов в роторе составляет только 3 мм, при S = 0,02 - около 20 мм, при S = 0,001 - около 100 мм . Поэтому при пуске сопротивление r₂ весьма велико и мало, а с уменьшением скольжения сопротивление r₂ уменьшается, а - увеличивается.

В результате сильного проявления поверхностного эффекта пусковой момент двигателя с массивным ротором достаточно велик (рис. 2.).



Рис. 2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с массивным ротором

Однако двигатели средней и малой мощности с массивными роторами при f1 = 50 Гц имеют низкие кпд и коэффициент мощности.

Массивный ротор имеет большое преимущество в прочности. В связи с этим асинхронные двигатели с массивным ротором применяются для высоких скоростей вращения. Так, при частоте f1 = 1000 Гц и при числе пар полюсов р = 1 частота вращения магнитного поля.

С целью улучшения рабочих характеристик иногда внешнюю поверхность массивного стального ротора покрывают медью, применяют медные кольца, прикрепленные к торцевым поверхностям массивного ротора. Иногда на цилиндрической поверхности ротора выполняют пазы, но без укладки в них обмотки.



Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных режимах

Массивный ротор представляется в виде вращающейся приведенной трехфазной обмотки. При частоте 50 Гц обмотки рассматриваются как электрические цепи с сосредоточенными параметрами, так как длина электромагнитной волны много больше линейных размеров обмоток. Принимается, что каждая фаза обмоток статора и ротора создает лишь основную пространственную гармоническую магнитного поля в зазоре. Моделью асинхронной машины (АМ) являются дифференциальные уравнения баланса напряжений фаз и уравнение движения ротора (рис. 3).

Рис. 3. Фазовая система координат и система дифференциальных уравнений переходного процесса АМ

Влияние насыщения и поверхностного эффекта на магнитное сопротивление массивного ротора и, соответственно, на параметры приведенной обмотки ротора учитывается с помощью универсальной зависимости, введенной Л.Р. Нейманом. Параметры приведенной обмотки ротора определяются по алгоритму, представленному в 3. Основные положения алгоритма представлены ниже на примере машины с одной парой полюсов. Массивный ротор разбивается на 2N элементарных участков (рис. 4) (ln - толщина участка; un - периметр поперечного сечения участка).

Рис. 4. Элементарные участки массивного ротора

Распределение намагничивающей силы вдоль окружности ротора принимается синусоидальным с амплитудой Fm2. Для N-го участка массивного ротора рассчитываются:

единичное комплексное магнитное сопротивление

- действующее значение напряженности магнитного поля на поверхности участка; ?F2N - падение магнитного напряжения в участке;

полно комплексное магнитное сопротивление участка при частоте перемагничивания f₁

магнитный поток в участке



эквивалентное магнитное сопротивление массивного ротора

электрическое сопротивление приведенной обмотки ротора:

- при частоте перемагничивания f1

- при частоте перемагничивания f1*s

активная и реактивная составляющие эквивалентного электрического сопротивления массивного ротора (фазы)

В переходных режимах токи в фазах статора несимметричны. Изображающий вектор тока статора имеет вид



где m - число фаз; iA , iB , iC - мгновенные токи А, В, С фаз статора; - оператор поворота. Полученный изображающий вектор тока эквивалентен по основной гармонической поля изображающему вектору тока при симметричном питании фаз статора. Характеристика намагничивания магнитной цепи шm =f(I) рассчитывается при симметричном питании фаз статора. Амплитуда потокосцепления фазы статора рассчитывается как

Действующее значение тока в фазе обмотки статора определяется по формул...