Электрическая схема асинхронных двух двигателей

Электрическая схема асинхронных двух двигателей

26. СХЕМЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В однофазных двигателях с пусковой обмоткой главная обмотка обычно занимает 2 /₃, а вспомогательная — 1 /₃ общего числа пазов статора. В этих двигателях число пазов на полюс для каждой фазы определяется по формулам:

где q_A — число пазов на полюс главной фазы; q_В — число пазов на полюс вспомогательной фазы; z_A= 2 /₃ — число пазов, занимаемых главной фазой; z_B= 1 /₃ — число пазов, занимаемых вспомогательной фазой; z — общее число пазов; 2р — число полюсов.

В однофазных конденсаторных двигателях пазы статора обычно делят поровну между обеими фазами, т. е. z_A=z_B, и число пазов на полюс определяется по формуле

Шаг по пазам для однофазных обмоток определяется так же, как и для трехфазных. Двухслойные обмотки выполняются с укорочением обычно на 1 /₃ полюсного деления с равными шагами для главной и вспомогательной обмоток. Шаг двухслойной обмотки

Соединение катушечных групп и образование параллельных ветвей в однофазных обмотках производится по тем же правилам, что и для трехфазных обмоток.

При построении схем двигателей с повышенным сопротивлением пусковой фазы надо учитывать наличие в ней бифилярной обмотки.

Для удобства ремонта пусковую обмотку обычно располагают поверх главной (ближе к клину).

Примерный порядок составления схемы однофазной обмотки двигателя с пусковым элементом. Последовательность составления схемы однослойной обмотки разберем на примере

Сначала находят число пазов, занимаемых главной фазой,

Число пазов на полюс главной фазы

Число пазов на полюс вспомогательной фазы в два раза меньше, чем главной, т. е.

Далее на чертеже надо представить последовательность чередования пазов главной и вспомогательной фаз (рис. 60, а) и проставить направление тока в главной фазе, исходя из правил: под соседними полюсами направление тока меняется на противоположное (рис. 60, б). Чтобы на схеме не оказалась разрезанной катушка главной фазы при выполнении наиболее распространенного типа обмотки вразвалку, первую катушечную группу разбивают на две половины (пазы 1,2 и 23,24).

В соответствии с проставленным направлением тока соединяют пазовые части катушек, в результате этого образуются катушечные группы или полугруппы. При этом возможны различные варианты. При диаметральном шаге

одинаковом для всех катушек, получается простая шаблонная обмотка (рис. 60, в), число катушечных групп которой равно числу пар полюсов р. Но такая обмотка почти не применяется ввиду больших размеров лобовых частей. Если разделить каждую катушечную группу на две полугруппы, получим шаблонную обмотку вразвалку (рис. 60, г) с меньшим шагом и меньшей длиной витка. Однако из-за большой компактности лобовых частей чаще применяется концентрическая обмотка вразвалку (рис. 60,5). При больших значениях q_A используется также концентрическая обмотка, у которой катушечная группа подразделяется на три полугруппы (см. рис. 68). По виду лобовых частей эта обмотка напоминает трехплоскостную трехфазную концентрическую.

Начало фазы может быть в принципе выбрано из любого паза, исходя из удобства выполнения обмотки. Начиная обход всех пазов из первого паза и следя за направлением тока, соединяем катушечные группы (полугруппы) между собой (рис. 60, е) и няходим ко-

Рис. 60. Построение схемы однослойной обмотки однофазного двигателя с пусковым элементом: а — последовательность чередования пазов главной и вспомогательной фаз. б — направление тока в пазовых частях катушек главной фазы, в — простая шаблонная обмотка, г — шаблонная обмотка вразвалку, д — концентрическая обмотка вразвалку, е — схема главной и вспомогательной фаз концентрической обмотки вразвалку

нец фазы, обойдя все пазы рабочей обмотки. Соединение полугрупп производится по правилу: конец полугруппы соединяется с концом соседней полугруппы той же фазы, начало — с началом, т. е. так же, как и в трехфазной однослойной обмотке вразвалку, где катушечная группа разделена на две полугруппы.

Рис. 61. Однослойные обмотки вразвалку однофазных двигателей при 2р=2, z=12: а — шаблонная, б — концентрическая

Рис. 62. Однослойная (шаблонная вразвалку) обмотка однофазного двигателя при 2р=4, z=36

Схему вспомогательной фазы выполняют по тем же правилам, только она имеет обычно меньшее число катушек в группе (полугруппе). Шаг ее может быть таким же, как у главной фазы или иным.

Типичные схемы однослойных обмоток двигателей с пусковыми элементами приведены на рис. 61,62.

Схему двухслойной обмотки двигателя с пусковым элементом можно составить в такой последовательности. Сначала определяют шаг

обмотки, число пазов на полюс для главной и вспомогательной фаз q_A и q_B. В соответствии с шагом обмотки и числом катушек в группе, равным q_A, вычерчивается первая катушечная группа главной фазы (рис. 63,64), рядом с ней катушечная группа вспомогательной фазы, затем опять катушечная группа главной фазы и т. д. Шаги по пазам для обеих фаз берутся одинаковыми. Проставляется направление тока в верхних сторонах катушек главной фазы (под соседними полюсами меняется на противоположное, как и в одно-

Рис. 63. Двухслойная обмотка однофазного двигателя при 2р=2, z=18, q_A = 6, q_B = 3, y_A =y_B=6(1-7)

Рис. 64. Двухслойная обмотка однофазного двигателя при 2р=4, z=24, q_A=4, q_B=2, у_А=у_B=4(1—5)

слойной обмотке). Последовательное соединение катушечных групп в фазе также выполняется по правилу: конец с концом, начало с началом, при этом не будет нарушена полярность полюсов. Соединения во вспомогательной фазе производятся аналогичным образом.

Примерный порядок составления схемы однофазной однослойной обмотки двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы. Схема главной фазы у двигателя с повышенным сопротивле-

Рис. 65. Выполнение катушки с бифилярной обмоткой: а — катушка, разделенная на две секции, б — катушка с бифилярной обмоткой, в — обозначение катушки с бифилярной обмоткой на схеме; 1 — основная секция, 2 — бифилярная секция, H и K — начало и конец катушки

нием вспомогательной фазы такая же, как и у двигателей с пусковыми элементами.

При составлении схемы вспомогательной фазы надо учитывать, что в каждой катушке часть ее витков намотана встречно. Это уменьшает число эффективных проводников в пазу. Встречно намотанные витки нейтрализуют действие такого же количества витков, намотанных в основном направлении, образуя бифилярную обмотку, поэтому для нахождения числа эффективных витков в катушке (эффективных проводников в пазу) надо из общего числа вычесть удвоенное число встречно намотанных витков. Если, например, в пазу лежит катушка, в которой всего 81 виток, из них встречно намотаны 22, то число эффективных проводников в пазу будет: 81—2×22=37.

Для определения числа встречно намотанных витков при известных общем числе проводников в пазу и числе эффективных проводников в пазу надо произвести обратное действие, т. е. из общего числа вычесть число эффективных проводников и полученный результат разделить на два. При общем числе проводников 81 и числе эффективных — 37 число встречно намотанных витков должно быть:

Катушку с бифилярной обмоткой можно получить, если уложить в одни и те же пазы две секции катушки, одна из которых поворачивается на 180° вокруг параллельной пазам оси. Правая и левая стороны повернутой секции при этом меняются местами (рис. 65). В пазах, где расположена катушка с бифилярной обмоткой, ток

Рис. 66. Однослойная концентрическая вразвалку обмотка при 2р=4, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной обмотки: а — катушка с бифилярной обмоткой изображена в виде двух секций, б — то же, в виде целой катушки

Рис. 67. Однослойная концентрическая вразвалку обмотка при 2р=2, z=18 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы: а — при намотке против часовой стрелки, б — при намотке по часовой стрелке

Рис. 68. Однослойная концентрическая с разбивкой катушечной группы на три части обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы

Рис. 69. Однослойная концентрическая с разбивкой катушечной группы на три части обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы и соединением главной фазы в две параллельные ветви

проходит по одной секции в едином направлении, по другой — в противоположном. Полярность полюсов определяется направлением тока в катушке с большим числом витков, поэтому секцию с большим числом витков условно называют основной, а с меньшим — бифилярной.

На рис. 66,а представлена схема с бифилярной обмоткой во вспомогательной фазе, бифилярная секция условно показана внутри основной. Обычно катушки с бифилярной обмоткой на схемах изоб-

Рис. 70. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=18

ражаются в виде целой катушки с петлей, в которой изменяется направление тока (рис. 65, в и рис. 66, б).

Катушки и катушечные группы с бифилярной обмоткой должны быть соединены таким образом, чтобы полярность под соседними полюсами вспомогательной фазы чередовалась; полярность же полюсов определяется направлением тока в основных секциях.

Типичные схемы обмоток двигателей с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы приведены на рис. 67—69.

Всякая обмотка может быть намотана либо по часовой стрелке, либо против нее, если смотреть на статор со стороны схемы. Это определяется навыками обмотчика и принятой технологией изготовления. Пример схемы при двух различных направлениях намотки приведен на рис. 67.

Примерный порядок составления схемы обмотки конденсаторного двигателя. Схемы однофазных конденсаторных двигателей строятся так же, как и схемы однофазных с пусковыми элементами, только при этом надо учитывать, что числа пазов на полюс главной и вспомогательной фаз одинаковы и поэтому схемы обеих фаз также получаются одинаковыми.

Типичные схемы однофазных конденсаторных двигателей приведены на рис. 70—76.

Рис. 71. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=24

Рис. 72. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=24 и соединения каждой из фаз в две параллельные ветви

Рис. 73. Однослойная концентрическая обмотка с «расчесанными» катушками однофазного конденсаторного двигателя при 2р=4, z=24

Рис. 74. Двухслойная обмотка однофазного конденсаторного двигателя при 2р=4, z=24, q_А=q_B=3, y_A=y_B=5(1-6)

В ряде случаев для конденсаторных двигателей характерна наличие в обеих фазах «расчесанных» катушек с половинным числом витков. На схеме рис. 73 показаны четыре такие катушки.

Обмотка, представленная на рис. 75, 76, из-за дробного числа пазов на полюс имеет признаки шаблонной вразвалку и двухслойной обмоток и поэтому названа комбинированной.

Электрическая схема асинхронных двух двигателей

Два однотипных или разных электродвигателя способны работать на один вал. Такой многомашинный электропривод поможет решить некоторые инженерные задачи и применяется для:

Работа двух двигателей на один вал может быть использована как с двумя двигателями в одинаковых режимах работы, так и в разных. Кроме этого, также применяются разнородные электродвигатели (асинхронный, двигатель постоянного тока).

Идентичность механических характеристик является необходимым условием для нормальной работы двух двигателей в одинаковых режимах.

1. Работа двух двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением:

Как видно из приведенного графика, всегда существует некоторое расхождение характеристик. Это явление вызвано отличием величин сопротивлений якорной цепи. В таком случае, для выравнивания характеристики, в цепь якоря второго двигателя нужно ввести дополнительное сопротивление (подобранное) для увеличения угла наклона прямой. Так же, несовпадение мех. характеристик может быть вызвано различной величиной магнитного потока, что происходит из-за неидентичности электрических машин (при сборке). Необходимо включить некоторое сопротивление, магнитный поток ослабнет и возрастет угловая скорость.

2. Работа на один вал ДПТ ПВ (последовательное возбуждение):

Благодаря большой крутизне характеристик, разница величины нагрузки двигателей не велика. Именно поэтому двигатель постоянного тока с ПВ наиболее приспособлен для работы на одном валу.

3. Совместная работа асинхронных двигателей (АД):

В этом случае расхождение механических характеристик АД обусловлено лишь различными сопротивлениями обмоток ротора (асинхронный двигатель с фазным ротором). Для реализации такого ЭП производят подбор двух одинаковых электрических машин.

4. Совместная работа двигателей, работающих в различных режимах:

Конструкция применяется с целью получения специальных искусственных характеристик.В случае, когда двигатели очень сильно отличаются друг от друга, возможен переход одного из них в генераторный режим:

Работа 2 ДПТ на один вал (генератор-двигатель «Г-Д») представляется простой схемой подключения электрических машин:

При реализации приведенной схемы можно произвести хорошее торможение в обоих направлениях движения, вращения. Полученная искусственная характеристика имеет вид:

Если же ДПТ включить в двигательный режим (2), а АД в генераторный (1), то механическая характеристика будет несколько специфичной:

Условное графическое обозначение электродвигателей на схеме

Для того чтобы нарисовать электрическую схему, применяют условные графические обозначения всех элементов. Так в упрощенном варианте можно изобразить любой элемент – резистор, конденсатор, электродвигатель и т.д. Они стандартизированы для основных видов элементов, в этой статье мы рассмотрим обозначения электрических двигателей на схеме.

• Графическое обозначение электрических машин
• Двигатели постоянного тока
• Асинхронные машины
• Синхронные машины
• Генераторы
• УГО других видов электрических машин
• Заключение

Графическое обозначение электрических машин

Для схематичного обозначения была разработана специальная система ЕСКД, согласно которой на чертеже можно отобразить любой двигатель. Его представляют в виде окружности, рядом с которой может указываться буквенное обозначение. Например, ДГ — главный двигатель, ДШ — электродвигатель подачи шпинделя станка, ДО — насоса охлаждения и т.п. Рассмотрим, какие УГО стандартизирует система, полный их перечень приведен в ГОСТ 2.722-68

Двигатели постоянного тока

Машины постоянного тока имеют условное обозначение в зависимости от варианта возбуждения. На рисунке представлен электродвигатель постоянного тока с различными вариантами УГО.

Кроме этого, существует множество устройств с дополнительными функциями. Например, реверсивный электродвигатель с двумя обмотками или с параллельным возбуждением и вибрационным регулятором скорости вращения. Ниже приведены УГО таких устройств.

Асинхронные машины

Асинхронные электродвигатели изображаются на чертежах в виде окружности, внутри которой меньшая окружность, отображающая ротор.

На иллюстрации представлено графическое обозначение асинхронной электрической машины с короткозамкнутым ротором на однолинейной схеме. Для трехфазной сети символическое представление мотора с фазным и короткозамкнутым выполняется подобным образом, отличие состоит лишь в количестве проводов и подключении цепи ротора.

При этом если электродвигатель трехфазный, указывается схема соединения обмоток. Например, соединение звездой обозначается так:

Каждый тип трехфазных асинхронных машин имеет разный вид на чертеже. Ниже приведены варианты графического обозначения двигателей различного исполнения.

Синхронные машины

Синхронные машины по ГОСТ представлены в виде, который указан на нижеприведенной иллюстрации, при этом схема легко читается даже неспециалистом.

Явнополюсная машина с обмоткой на якоре, отображается на схеме в виде двух окружностей, здесь и к наружной, и к центральной подведены провода (к статору и ротору соответственно).

Если обмотки соединены треугольником, то синхронный электродвигатель будет изображен на чертеже несколько иначе.

Остальные разновидности УГО типов электродвигателей на схемах представлены с описанием на рисунке ниже.

Генераторы

Обозначение трехфазных генераторов, как и синхронных двигателей, имеет одинаковое графическое начертание. Ниже приведены изображения, которые отображаются на схеме.

УГО других видов электрических машин

Кроме распространенных устройств, применяются специальные, которые также имеют свое обозначение на схеме.

Специальные приборы типа сельсин-датчиков и приемников имеют кроме графического обозначения еще и буквенное описание, что проиллюстрировано на рисунке ниже.

Двигатель–преобразователь имеет изображение на схеме в соответствии с УГО. Его начертание на схеме приведено на иллюстрации.

Здесь представлены устройства, у которых имеется коллекторный узел. Он имеет УГО в виде двух прямоугольников по сторонам окружности.

Заключение

Графическое обозначение электрических машин на схемах выполняется согласно ГОСТ 2.722. При составлении схемы, необходимо руководствоваться данной документацией. В ней описаны все необходимые машины, а также указываются размеры окружности и других элементов рисунка, которые должны быть на чертежах и другие требования к чертежу.

Cхема замещения асинхронного электродвигателя

Трехфазные асинхронные электродвигатели, или как их еще называют индукционные электродвигатели, являются наиболее распространенными в промышленности. Данный тип электродвигателя, аналогично машинам постоянного тока тоже обладают свойствами обратимости, и может работать как в двигательном, генераторном, так и в тормозных режимах – противовключение, динамическое торможение. Режим работы асинхронного электродвигателя характеризуют знаком и величиной скольжения.

Пожалуй, основным методом анализа установившихся режимов индукционного электродвигателя является использование эквивалентных схем замещения. В таком случае обычно рассматривают явление, которое относится к одной фазе многофазного двигателя при соединении его обмоток звездой.

Упрощенная картина магнитных потоков работающего асинхронного электродвигателя позволяет представить его в виде эквивалентной схемы:

Электромагнитная связь первичной и вторичной цепи осуществляется потоком взаимоиндукции Ф, индуктирующим в роторной обмотке ЭДС Е₂S. Сопротивление индуктивное первичной цепи Х₁ обусловлено наличием потока рассеивания, связанного только с этой цепью. Аналогично сопротивления Х₂ обусловлено потоком рассеивания Ф₂₅.

Частота тока ротора будет определяться скоростью его вращения относительно скорости вращения магнитного поля статора, то есть зависеть от скольжения и будет равна f₂ = f₁S.

Ток вторичной цепи при вращающемся роторе:

Также выражения для I₂ может иметь:

Выше показанные выражения имеют не только различную форму записи, но и имеют совершенно разный физический смысл. А смысл его в том, что вместо вращающегося ротора можно рассматривать неподвижный, в котором будет индуцироваться ЭДС Е₂. При этом индуктивное сопротивление будет равно Х₂, а активное возрастет на величину так как . При этом I₁ останется прежним по фазе и величине, что не повлияет на потребляемую из сети мощность. Поскольку I₁ и I₂ не изменятся, то естественно и потери в первичных и вторичных цепях также не изменятся, соответственно мощность тоже не будет изменяться, а мощность развиваемая двигателем при вращении, будет равна мощности, потребляемой в добавочном сопротивлении . Таким образом, эквивалентная схема замещения асинхронной машины может быть заменена схемой замещения с добавочным сопротивлением r_д во вторичной цепи:

Т – образная схема замещения

После приведения первичной и вторичной ЭДС они будут равны Е₁ = Е₂ / и это дает возможность соединить эквивалентные точки и получить такую схему:

Недостатком Т – образной схемы замещения помимо сложностей расчета, является зависимость всех токов I₁, I₂ / , I_μ от скольжения s.

Из Т – образной схемы замещения видно, что в режиме холостого хода, при I₂ / = 0 и s = 0, ток в контуре будет обуславливаться сопротивлениями намагничивающего контура и первичной цепи и совсем не будет зависеть от скольжения. Данное обстоятельство позволит вынести на зажимы электродвигателя намагничивающий контур и перейти к Г – образной схеме замещения.

Г – образная схема замещения

Данная схема замещения позволяет изучать процессы в асинхронном электродвигателе, которые имеют место при изменении скольжения электрической машины.

Учет контура намагничивания необходим при определении I₁, который потребляется из сети. Но Г — образная схема замещения будет справедлива лишь при наличии определенных допущений:

• Все цепи имеют неизменные (постоянные) параметры. Это значит, что приведенное вторичное сопротивление r₂ / не будет зависеть от частоты цепи вторичной (ротора), а насыщение не будет влиять на реактивное сопротивление статорных и роторных обмоток Х₁ и Х₂ / ;
• Полная проводимость намагничивающего контура принимается неизменной, а ток намагничивания, независимо от нагрузки, будет всегда пропорционален напряжению, приложенному к обмоткам;
• Потери добавочные не учитываются;
• Паразитные моменты, создаваемые высшими гармониками МДС, также не учитывают.

Следует также помнить и то, что в Г – образной схеме замещения в величины сопротивлений необходимо внести соответствующие поправки:

В выше перечисленных уравнениях величины имеющие индекс «дейст» соответствуют реальным значениям параметров асинхронной машины, а без индексов – те, которые используют в эквивалентной схеме.

Поскольку отношение r₁/x_μ довольно таки мало, то практически довольно часто принимают:

Обычно δ лежит в пределах 1,05 – 1,1.

Первичный ток I₁ будет равен при любом скольжении:

Приведенный роторный ток:

Показанное выше выражение показывает, что ток ротора является функцией скольжения. При s = 0 I₂ / = 0. При увеличении скольжения I₂ / также будет расти, а при s = 1 достигнет своего максимума, или тока короткого замыкания, или пускового:

Если в роторной цепи отсутствует добавочное сопротивление (АД с КЗ ротором), пусковой ток может достигнуть довольно приличных значений, а именно 5 – 8 раз больше чем его номинальное значение.

Данная зависимость показана ниже:

Отношения пускового значения к номинальному является очень важным параметром для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором, так как наличие пусковых токов приводит к просадкам напряжения, что особо ощутимо при использовании электродвигателей средней и большой мощности. Поэтому данная характеристика приводится в каталогах по выбору электрических машин.