Что такое воздушный зазор в асинхронном двигателе

Что такое воздушный зазор в асинхронном двигателе

ВОЗДУШНЫЙ ЗАЗОР МЕЖДУ РОТОРОМ И СТАТОРОМ РЕМОНТИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

В процессе разборки замеряют воздушный зазор ремонтируемого электродвигателя. Замеренный воздушный зазор сравнивают с каталожными данными ремонтной документации. Если такие сведения отсутствуют, о допустимости зазора можно судить по ориентировочным данным в таблице.

Воздушные зазоры у асинхронных электродвигателей.

Частота
вращения об. мин.
Зазор, мм, при мощности двигателя, кВт
до 0,20,2 — 1,01,0 — 2,52,5 — 5,05,0 — 1010 — 2020 — 5050 — 100
500 — 15000,20,250,30,350,40,40,5
3000
0,250,30,350,40,50,650,81,0

Если позволяет конструкция, воздушный зазор замеряют до разборки с каждой стороны электродвигателя в трех — четырех точках через отверстия в торцах щитов. Среднее значение зазора вычисляют как среднеарифметическую произведенных замеров. Особое внимание обращают на замеры зазоров у асинхронных машин. Увеличение воздушного зазора приводит к уменьшению коэффициента мощности cos ф, кпд и мощности машины.
Асинхронные двигатели с зазором, увеличенным более чем на 25%, в ремонт не принимают. Чтобы поднять коэффициент мощности при перемотке двигателей с увеличенным зазором, изменяют обмоточные данные.

Если машина не имеет отверстий в щитах, зазоры измеряют после разборки. Ротор укладывают на внутреннюю поверхность статора и замеряют зазор Q 1 в верхней точке. Затем ротор поворачивают на 90° и вновь замеряют зазор Q 2 в верхней точке. Средняя величина рассчитывается по формуле:

Воздушные зазоры у электрических машин

Замеры воздушных зазоров у электрических машин постоянного тока и у синхронных машин с явно выраженными полюсами производятся под каждым полюсом против середины башмака; у асинхронных машин и у синхронных машин с неявно выраженными полюсами при небольших диаметрах ротора (до 500—600 мм) — в четырех диаметрально противоположных точках, при больших диаметрах ротора — в восьми точках.

При измерении воздушных зазоров проверяют биение ротора и эллипсность статора. Воздушные зазоры проверяют щупом с обеих сторон под одной из размеченных точек ротора при постоянном его повороте в размеченных точках статора (метод обхода одной точкой ротора). Установив оптимальное положение статора, замеряют воздушные зазоры под одной точкой статора всех размеченных точек ротора (определяют биение ротора). Результирующие воздушные зазоры должны быть в пределах, определяемых в таблице.

Тип электрической машины

Допуски значений воздушных зазоров

Машины постоянного тока

Воздушные зазоры, замеренные под серединами главных полюсов:
при зазорах 3 мм и ниже и петлевой обмотке якоря могут отличаться от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 10%;

при зазорах выше 3 мм — не более чем на 5%;

при волновой обмотке эти допуски могут быть увеличены в 2 раза.

Воздушные зазоры, замеренные под серединами добавочных полюсов, могут отличаться
от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 5% во всех случаях

Неравномерность зазора между статором и
ротором не более 10%

Зазоры, замеренные против середины полюсов, могут отличаться от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 10% для тихоходных машин и на 5% для быстроходных

Регулировка зазоров производится путем подбора соответствующих металлических прокладок под лапы станин статора и разворота его в поперечном направлении относительно продольной оси.
В последнее время нашли применение электрические машины, у которых магнитное поле ротора создается обмотками возбуждения, находящимися на статоре (например, генераторы повышенной частоты). Воздушный зазор у таких машин очень мал (0,9—1,5 мм) при очень больших магнитных силах притяжения, возникающих при нарушении равномерности воздушных зазоров по окружности статора.
Устройство для измерения и контроля зазора таких машин состоит из специальных измерительных катушек, заложенных в пазы статора в диаметрально противоположных точках, и измерительного прибора. При работе генератора в катушках наводятся э. д. с, значения которых пропорциональны воздушному зазору в измеряемой точке. Сравнивая э. д. с, можно с достаточной точностью судить о равномерности воздушных зазоров. При пуске генератора, до того как нагрузить его, необходимо проверить равномерность воздушного зазора при токе возбуждения, равном 0,5 номинального.

Выверка положения магнитных осей статора и ротора

Рис. 1. Выверка положения магнитных осей статора и ротора.
1 — статор; 2 — ротор; а1 , а2 — величина несовпадения железа ротора и статора.

Величина эксцентриситета ротора, задается предприятием-изготовителем для еще не работавших машин в период начального пуска, и предельное его значение во время эксплуатации, где U1 и U2 — э. д. с. в диаметрально противоположных точках. В период монтажа, до пуска машин, эксцентриситет ротора измеряется подачей возбуждения и замером наводимой э. д. с. в измерительных катушках в переходном режиме (во время включения или отключения возбуждения) милливеберметром Ml 119 или измерением магнитного поля в воздушном зазоре при помощи тесламетра Ф3354/1. Эксцентриситет подсчитывается по той же формуле и должен быть в пределах, указанных предприятием-изготовителем.
При регулировке воздушных зазоров одновременно нужно проверить положение активной стали ротора относительно активной стали статора, как показано на рис. 1.

Выбор величины воздушного зазора для АМ, влияние на характеристики.

Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели АД.

С уменьшением d, происходит уменьшение магнитного сопротивления и магнитного напряжения, которые составляют основную часть суммарной МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение d привод к уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает cosj и ¯ потери в меди. Чрезмерное ¯ d приводит к ­ амплитуды пульсаций индукции в d и в следствии этого приводит к ­ поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому h с очень маленьким d не улучшается а чаще становится меньше. В современных АМ d выбирают исходя из минимума суммарных потерь. Так как при ­d потери в меди­а, поверхностные и пульсационные¯, то выбирают исходя из минимальной суммы потерь.

Если Р<20кВт то при 2р=2, d=(0,3±1,5D)10 -3 , при 2р=4, d=(0,25+D) 10 -3 ; Если Р>20кВт, то d=(D/1,2)(1+9/2p)10 -3 .

Если d£0,5 то его округляют до ближайшего 0,5мм.

Поверхностные и пульсационные потери зависят не только от амплитуды пульсаций индукции в ВЗ, но и от их частоты. В быстроходных двигателях частота пульсаций большая, поэтому в них ВЗ делают большим, что уменьшает амплитуду пульсаций. В статорах высоковольтных машин применяют только открытые пазы, что при малых зазорах приводит к увеличению пульсаций, поэтому в этих машинах d=1,5-2 мм.

5. Форма паза ротора АМ. Влияние формы и открытия паза на пусковые характеристики.

Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных машин выполняют двух типов: сварные и литые. В сварных конструкциях стержни обмоток устанавливаются в пазы, после чего с торцов ротора к ним приваривают замыкающее кольцо. при литых конструкциях одновременно заливают как одно целое и стержни и замыкающие кольца. На замыкающих кольцах отливают так же вентиляционные лопатки. КЗ обмотки не имеют определённого числа фаз и числа полюсов. Один и тот же ротор может работать в машинах статоры которых выполнены на различное число полюсов. обычно принято считать что 1 стержень это 1 фаза на роторе. Обмоточный коэффициент такой обмотки равен 1. при проектировании внимание следует уделять выпору числа пазов, так как в воздушном зазоре присутствует целый спектр высших гармоник, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора.

Плотность тока в стержнях закрытого обдуваемого исполнения при заливке алюминием (2,5-3,5)*10 6 А/м 2 , для меди (4,0-8,0). Плотность тока в замыкающих кольцах выбирается на 15-20% ниже чем в стержнях. Так как они имеют лучшие условиям охлаждения и являются своего рода радиатором охлаждающие стержни. Для улучшения пусковых характеристик, за счёт увеличенного сопротивления колец

Форма паза и конструкция обмотки короткозамкнутого ротора определяются требованиями к пусковым характеристикам двигате­ля и его мощностью. В асинхронных двигателях мощностью до50. 60 кВт обычно выполняют грушевидные пазы и литую обмотку из алюминия (А). Размеры паза выбирают такими, чтобы зубцы ротора имели параллельные грани. Роторы более крупных машин с прямоугольными пазами выпол­няют со вставными медными стержнями или с литой алюминиевой обмоткой (В,Г). Прямоугольные открытые пазы встреча­ются в короткозамкнутых роторах многополюсных асинхронных двигателей. Стержни обмотки, выполненные из алюминиевых шин прямоугольного сечения (Д), устанавливают в открытые пазы ротора и закрепляют, расчеканивая их верхнюю часть.

Для увеличения пусковых моментов двигателей прямоугольные пазы делают узкими и глубокими, так как эффект вытеснения тока в них возрастает с увеличением высоты стержня. Роторы с такими па­зами называют глубокопазными.

В асинхронных двигателях при небольшом числе полюсов часто не удается получить требуемый пусковой момент даже при глубоко-пазных роторах, поэтому переходят к роторам с фигурными пазами. Применяют различные конфигурации фигурных пазов (Е-И). Все они имеют характерную особенность — уменьшенную ширину верхней части паза по сравнению с нижней, что позволяет в большей степени использовать эффект вытеснения тока при боль­ших скольжениях.

Обмотки со стержнями более сложной формы, например, ло­паточные стержни (З), выполняют заливкой алюминием или его сплавами. Колбообразные пазы с круглой нижней частью (И) в настоящее время почти не применяют из-за менее удачного, чем при лопаточных пазах, использования стали зубцовой зоны.

Асинхронные двигатели, предназначенные для приводов меха­низмов с тяжелыми условиями пуска, часто выполняют с двухкле-точными роторами (К,Л), в которых на каждом зубцовом делении размещены один над другим два стержня. Каждая система стержней образует свою обмотку: верхние стержни, лежащие ближе к зазору, — пусковую, а нижние — рабочую.

Двойную клетку выполняют в двух вариантах: с общими замы­кающими кольцами ,когда каждое кольцо замыкает од­новременно стержни и пусковой, и рабочей клеток, либо с раздель­ными замыкающими кольцами.В последнем случае с каждого торца ротора располагают по два кольца, одно из которых замыкает только стержни пусковой, а другое — стержни рабочей клетки.

При любой конфи­гурации паза уменьшение ширины верхней части стержней и уве­личение их высоты приводят к увеличению пускового момента, но одновременно увеличивается коэффициент магнитной прово­димости паза и растет индуктивное сопротивление обмотки рото­ра. Это в некоторых случаях может играть положительную роль — как фактор, ограничивающий пусковые токи, но в то же время увеличение индуктивного сопротивления ротора приводит к ухудшению коэффициента мощности при номинальном режиме работы и к снижению Мmax.

Характерно для двигателей с двухклеточными роторами, имеющими большие пусковые моменты, но низкие коэффициенты мощности при номинальном режиме, так как поток пазового рассе­яния в перемычке между стержнями рабочей и пусковой клеток до­стигает больших значений. Поэтому для обеспечения высоких энер­гетических показателей номинального режима следует прежде всего ориентироваться на пазы ротора с широкой верхней частью — гру­шевидные (А). Пазы других форм (прямоугольные, фи­гурные) или двойную клетку применяют только в том случае, когда пусковые характеристики двигателя с ротором, имеющим грушевидшые пазы не удовлетворяют данным требованиям.

6. Зависимость М=f(s) для АД, характерные точки sп, sкр, sном .

Измерение и регулировка воздушного зазора

Зазор между ротором и статором (между полюсами и якорем) измерить калибровочными щупами с длиной пластин не менее 250 мм. Щуп необходимо направлять параллельно оси машины, так чтобы он соприкасался со сталью статора и ротора (полюсов якоря).

При длине ротора (якоря) 300 мм и более замеры произвести с двух сторон: со стороны муфты и со стороны контактных колец (коллектора). При меньшей длине ротора (якоря) замеры можно производить с одной стороны.

Воздушный зазор измерить в нескольких точках, обычно в четырех, сдвинутых относительно друг друга на 90 0 . В машинах большого диаметра измерения необходимо произвести в шести или восьми точках. В синхронных электродвигателях и машинах постоянного тока измерения произвести под серединой каждого полюса. Все измерения повторить 2 раза. каждый раз поворачивая ротор или якорь на 180 0 . Средним зазором в каждой точке является среднее арифметическое всех полученных значений в данной точке.

Средним зазором в машине является среднее арифметическое значение всех измеренных зазоров. Наибольшее отклонение от среднего зазора ( неравномерность воздушного зазора) не должно превышать 10%.

Зазор между ротором и статором отрегулировать толщиной и количеством прокладок под лапами статора и передвижением статора по горизонтали.

Для выравнивания зазора по вертикали толщина подкладок под каждой из ламп должна равняться половине разности зазоров в двух диаметрально противоположных точках по вертикали. Точно так же для выравнивания зазора по горизонтали статор необходимо передвинуть в требуемую сторону на величину, равную половине разности зазоров по горизонтальному диаметру.

Если необходимо выравнять воздушный зазор между сталью статора и ротора (якоря) в небольших пределах, то там, где воздушный зазор больше, убрать прокладку соответствующей толщины и подложить ее под лапу со стороны меньшего зазора. При этом способе оси контрольных шпилек не смещаются и не требуется их пересверловка.

При монтаже рекомендуется статор опустить вниз на 0,1-0,3 мм(в пределах допустимой неравномерности) для получения внизу несколько большего зазора в расчете на пришабровку вкладышей на валу и их приработку в пусковой период. После регулирования зазора статор закрепить на фундаментной плите болтами и установить контрольные штифты.

Если во всех точках получаются значительные отклонения величина зазоров при различных положениях ротора, то нужно проверить цилиндричность поверхностей статора и ротора.

Для проверки формы расточки статора окружность последнего необходимо разбить на 6, 8, 12 и т. д. частей в зависимости от диаметра статора. В машинах постоянного тока взять число точек, равное числу полюсов. К каждой точке статора или к каждому полюсу подвести одну и ту же точку ротора или якоря и измерить зазор.

Для проверки цилиндричности поверхности ротора поступить аналогично, разделив на столько же равных частей окружность ротора; в синхронных двигателях число точек будет равным числу полюсов. Каждую из этих точек ротора подвести к одной и той же точке статора и произвести измерения.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

  • где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • f1 – частота переменного тока, Гц,
  • p – число пар полюсов
Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

Магнитное поле создаваемое обмоткой

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n21. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

  • где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
  • n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • n2 – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s

0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.

Преобразование энергии

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Купить асинхронный трехфазный электродвигатель можно у нас в интернет магазине, всегда рады помочь!

Читайте также  Высокие обороты двигателя на холостом ходу нива 21213
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector