Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Содержание


1. Цель работы

2. Назначение АИД

3. Конструкция АИД

4. Магнитные поля АИД

5. Вращающий момент АИД

6. Способы управления АИД

7. Самоход и способы его устранения

8. Статические свойства АИД

9. Динамические свойства АИД

10. Программа экспериментальных исследований АИД

11. Расчеты и построения

12. Содержание отчета

13. Контрольные вопросы

Приложение А

Приложение Б

1. Цель работы


В настоящей лабораторной работе изучается назначение, конструкция, принцип действия, а также статические и динамические свойства асинхронного исполнительного двигателя переменного тока (АИД) с полым немагнитным ротором.


2. Назначение АИД


Изучаемый двигатель предназначен для работы в системах управления и автоматики (СУ и А) как преобразователь электрического сигнала, вырабатываемого устройством управления СУ и А, в скорость вращения или угол поворота вала.

Существуют три разновидности асинхронных исполнительных микродвигателей: с полым немагнитным ротором, с полым магнитным ротором и с короткозамкнутой обмоткой типа беличьего колеса. В СУ и А наибольшее распространение получили асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Такие двигатели производятся на мощности от сотых долей до нескольких сотен ватт, для стандартной – 50 Гц. и повышенных частот (200, 400,500 и 1000 Гц.) питающего напряжения. Скорость их вращения лежит в диапазоне 1500ё 3000 oб/ мин.

Основными достоинствами асинхронных исполнительных двигателей с полым немагнитным ротором являются:

- Малый момент инерции J ротора.

- Значительный пусковой момент вследствие повышенного сопротивления ротора, что совместно с малым J приводит к значительному быстродействию двигателя, малой электромеханической постоянной времени и обеспечивает повышенную устойчивость следящих систем с таким типом двигателей.

- Механическая (выходная, нагрузочная) характеристика двигателя близка к прямолинейной за счёт большого активного сопротивления ротора, обеспечивающего значительное критическое скольжение (то есть скольжение при максимальном моменте Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором).

- Широкий диапазон регулирования скорости (кратность регулирования Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором), отсутствие скачкообразных изменений, прямая пропорциональность скорости напряжению управления, способность к быстрому реверсу (изменению направления вращения), отсутствие высших зубцовых гармоник в кривой поля, что определяет плавность и бесшумность хода.

- Самоторможение двигателя при снятии сигнала управления (определяется большим Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором).

- Отсутствие подвижных контактов, малый момент трения, отсутствие искрения и радиопомех, стабильность и надёжность в эксплуатации.

- Независимость параметров и характеристик двигателя от температуры, давления, влажности.

- Возможность улучшения массо-габаритных показателей при переходе к повышенным (400 ё 500 Гц.) частотам питающего напряжения.

Асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором имеет следующие недостатки:

- Большой немагнитный зазор в магнитной цепи машины (Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором), что определяет большой намагничивающий ток, увеличенные потери энергии и относительно низкий, по сравнению с другими типами АИД, коэффициент мощности (Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором).

- Значительное электрическое сопротивление ротора и, как следствие, работа двигателя при больших скольжениях, что приводит к увеличению потерь энергии в статоре и роторе, а также к снижению КПД.

- Относительно увеличенные удельные (то есть приходящиеся на единицу полезной мощности) масса и габариты двигателя.

3. Конструкция АИД


Конструкция АИД должна решать задачу преобразования электрической энергии в механическую, приводящую во вращение вал двигателя с присоединённой нагрузкой (объектом управления). Это преобразование в общем виде описывается законом электромагнитного усилия, который утверждает, что механическая сила возникает при взаимодействии одноимённых полей (электрических или магнитных) и приложена к инерционным источникам этих полей.

В электромагнитных устройствах систем управления взаимодействуют два магнитных поля, причём одно поле должно создаваться той частью машины, которая будет вращаться, а источник второго поля может быть неподвижным. Поэтому в конструкции любой электрической машины имеется неподвижная часть- статор и подвижная- ротор.

В данной лабораторной работе исследуется АИД переменного тока с полым немагнитным ротором. Схема его конструкции показана на рисунке 1, а макет имеется на рабочем столе возле лабораторного стенда.


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Рисунок 1 - Схема конструкции асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором

Неподвижная часть машины состоит из внешнего магнитопровода 5 с обмотками 4,внутреннего магнитопровода 3, корпуса 6, левого 7 и правого 8 подшипниковых щитов с подшипниками 9 и узлов 10 соединения корпуса со щитами. Подвижная часть машины содержит вал 2 с жёстко укреплённым на нём тонкостенным цилиндром 1. Внешний магнитопровод 5 неявнополюсный, представляет собой стальное кольцо собранное из листовой электротехнической стали, по внутренней поверхности которого расположены пазы, в которые укладываются две распределённые обмотки, изготовленные из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Оси этих обмоток смещены в пространстве на 90 электрических градусов. Внутренний магнитопровод 3 также неявнополюсный,набран из листов электоротехнической стали и укреплён на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов 7. Он служит для уменьшения магнитного сопротивления на пути рабочего магнитного потока машины и не имеет пазов и обмоток.

В микродвигателях, мощность которых не превышает 1.5 Вт, диаметр расточки статора (внутренний диаметр внешнего магнитопровода 6) мал и для облегчения укладки обмоток пазы выполняют по внешней поверхности внутреннего магнитопровода 3. При этом его диаметр несколько увеличивают для увеличения обмоточного пространства. Иногда одну из обмоток размещают на внешнем, а другую на внутреннем магнитопроводе.

Корпус и подшипниковые щиты в микромашинах выполняются из алюминиевых сплавов. В крупных машинах эти части конструкции выполняются обычно сварными из стальных листов необходимой толщины, реже литыми. Подшипники чаще всего используются шариковые качения, а в крупных машинах - роликовые. Если от двигателя требуется бесшумная работа, применяют подшипники скольжения – бронзовые или бронзографитные. В микромашинах используются полузакрытые пазы для укладки обмоток – рисунок 2. Внутреннюю поверхность паза изолируют 1, заполняют проводниками обмотки 2 и закрепляют проводники деревянными или пластмассовыми клиньями 3. На рисунке 2 показан паз, выполненный на внешнем магнитопроводе, если же его выполнять на внутреннем магнитопроводе, то граница пройдёт по штриховой линии.


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Рисунок 2 - Полузакрытый паз магнитопровода


Особенностью рассматриваемого двигателя является конструкция его ротора. Вал ротора 2 свободно вращается в подшипниках 9. На валу жёстко укреплён тонкостенный цилиндр 1, который также именуется стаканом. Стакан выполняется из немагнитного токопроводящего материала, как правило, из алюминиевых сплавов. Данная технология используется для получения минимальной механической инерционности двигателя, то есть для снижения его постоянной времени. Толщина стенок зависит от мощности двигателя и составляет Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором мм, изготовление более тонких стенок технологически усложнено. Воздушные зазоры между стенками стакана и, обращёнными к нему поверхностями магнитопровода Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором мм. Общий воздушный зазор в двигателеИсследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором мм. Это обуславливает увеличение удельной (то есть приходящейся на единицу мощности) массы и габаритов по сравнению с другими типами асинхронных двигателей. Поэтому АИД с полым немагнитным ротором строят в диапазоне мощностей от долей до нескольких сотен ватт.

4. Магнитные поля АИД


Схема включения асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором показана на рисунке 3.

Теория вращающихся электромеханических преобразователей энергии показывает, что общее требование к работоспособной электрической машине заключается в том, чтобы магнитные поля ротора и статора обладали одинаковым количеством пар полюсов и были неподвижны относительно друг друга при работе машины в установившемся режиме. Значит, если поле ротора вращается, то для обеспечения неподвижности относительно него, поле статора тоже должно вращаться. Поле статора создаётся токами, протекающими по двум его обмоткам. Одна из них называется обмоткой возбуждения ОВ и постоянно находится под напряжением Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Втораяобмотка расположена перпендикулярно обмотке возбуждения и называется обмоткой управления ОУ. Напряжение Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором на обмотку


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Рисунок 3 - Схема включения АИД


управления подаётся от устройства управления лишь в том случае если необходимо вращение ротора. Такая машина называется двухфазной. Чтобы эти две обмотки создавали вращающееся поле, их необходимо питать токами Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, сдвинутыми относительно друг друга во времени (по фазе). Процесс создания вращающегося поля в двухфазной машине, когда обмотки статора сдвинуты в пространстве на 90 электрических градусов и питаются токами, сдвинутыми по фазе на 90 градусов, показан на рисунке 4. В момент времени t=t0 суммарное поле Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомравно полю возбуждения Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, так как ток Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором максимален, а ток Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором в обмотке управления в этот момент равен нулю. В момент t=t1 имеем wt=45°, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. При t=t2 имеем wt=90°, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротороми т. д. Очевидно, суммарный вектор Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомпо величине остаётся неизменным и равным Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, а по направлению


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Рисунок 4 - Создание вращающегося магнитного поля двухфазным статором


вращается против часовой стрелки. Скорость вращения w1 или n1 результирующего поля статора определяется частотой питающей сети f1 и числом пар полюсов обмоток статора p:

Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором (1)


Поле статора Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором создаёт поток, большая часть которого Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором выходит из внешнего магнитопровода, пересекает воздушный зазор δ1- рисунок 1, затем стенку ротора δ3, воздушный зазор Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, проходит по внутреннему магнитопроводу, снова проходит воздушные зазоры и стенку ротора, входит уже с другой стороны диаметра во внешний магнитопровод и замыкается по нему. Данный поток именуется основным потоком обмоток статора. Меньшая часть поля статора Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомсцепляется только с витками обмоток статора и называется потоком рассеивания статора, который определяет индуктивные сопротивления обмоток статора.

Основной поток статора, вращаясь, пересекает стенки стакана ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в роторе начинают протекать значительные электрические токи, так как материал ротора токопроводящий с незначительным электрическим сопротивлением. Эти токи создают собственное магнитное поле, которое вызывает основной магнитный поток Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором ротора, сцеплённый с обмотками статора и ротора, а также поток рассеивания ротора -Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, значительно меньший основного и сцеплённый только с ротором. Данный поток определяет индуктивность ротора.

Таким образом, в магнитопроводе асинхронного исполнительного двигателя существуют два магнитных поля: вращающееся поле Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором неподвижного статора и поле Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором ротора, также вращающееся. Определим его скорость Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором относительно ротора, вращающегося со скоростью Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Разность между скоростью вращения ротора и скоростью вращения поля статора называется частотой скольжения Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором; (2)


а отношение


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором (3)


называется скольжением. Чтобы в роторе наводилась ЭДС Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, его скорость всегда должна быть меньше скорости поля статора. Чем больше разность скоростей, то есть чем больше Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, тем больше ЭДС Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и токи в роторе. Значит скольжение асинхронного двигателя, как и скорость вращения ротора зависят от нагрузки - с увеличением нагрузки ток ротора увеличиваеться, а скорость вращения уменьшаться. Из (3) и (1) имеем


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (4)


Частота ЭДС в роторе Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомравна


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (5)


Токи ротора, изменяясь с такой же частотой, создают поле ротора, которое вращается относительно ротора со скоростью Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором в ту же сторону, что и ротор :


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (6)


Скорость вращения поля ротора относительно статора Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором равна сумме скоростей ротора Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и скорости вращения поля относительно ротора Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором:

Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (7)


Значит, поле ротора неподвижно относительно статора и требование к работоспособности машины выполнено.

Поля Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором складываются в магнитопроводе и образуют основное поле двигателя, которое, как и в трансформаторе, при изменении нагрузки (а значит и полей Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротороми Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором) от нуля до номинального значения остаётся практически неизменным и примерно равным полю холостого хода Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором:


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (8)


5. Вращающий момент АИД


Взаимодействие магнитных полей статора и ротора приводит к появлению механического вращающего момента, приложенного как к статору, так и к ротору. Статор укреплён неподвижно и приложенный к нему момент компенсируется реакцией элементов крепления. Ротор установлен в шарикоподшипниках и начинает раскручиваться до некоторой установившейся скорости Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором, которая определяется условием равновесия твёрдого вращающегося тела: сумма механических моментов приложенных к телу должна быть равна нулю:


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. (9)


Весь процесс преобразования поданной на двигатель электрической энергии в механическую энергию вращения ротора с нагрузкой отображается схемой преобразований, приведенной на рисунке 5.

На электрические цепи возбуждения и управления подаются напряжения соответственно возбуждения Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и управления Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Напряжение возбуждения неизменно и его можно считать питанием устройства, напряжение управления задается устройством управления. Поданные напряжения элементарными преобразователями ЭП1 и ЭП2 преобразуются в токи Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором.


Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Рисунок 5 - Схема преобразований сигнала в АИД


Это преобразование описывается условием равновесия электрической цепи: сумма ЭДС, разностей потенциалов и падений напряжений в электрической цепи равна нулю (иначе, интегральная форма материального уравнения или закона Ома для электрической цепи, второе правило Кирхгофа), которое Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомуслИсследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным роторомовно в ЭП1 и ЭП2 записано как Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Токи, протекая по обмоткам, создают намагничивающие силы Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором– ЭП3 и ЭП4 (закон полного тока), действующие в магнитных цепях машины и складывающиеся во вращающееся поле Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Следующее преобразование ЭП5 приводит к появлению магнитного потока Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором и описывается условием равновесия магнитной цепи: сумма намагничивающих сил и падений магнитного напряжения в магнитной цепи равно нулю (второе правило Кирхгофа для магнитной цепи), что условно записано в ЭП5 как Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором. Магнитный поток Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором вращается, пересекает ротор и согласно закону электромагнитной индукции наводит в нём ЭДС Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором – ЭП6. В роторе возникает электрический ток Исследование асинхронного исполнительного
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: