Классификация и устройство машин переменного тока

Подробности

Категория: Электрические машины

• электродвигатель

Основные виды машин переменного тока

Машины переменного тока по количеству фаз делятся на много фазные и однофазные. Наиболее часто машины выполняются трехфазными в соответствии с применяемой в энергетических установках системой трехфазного тока. Для автоматических устройств и для бытовых электроприборов применяются двухфазные машины и иногда однофазные. В основе работы многофазных машин и некоторых однофазных лежит образование вращающегося магнитного поля.
Каждая машина переменного тока, так же как машина постоянного тока, состоит из статора и ротора. По способу образования магнитного поля статора и ротора машины переменного тока делятся на две группы: асинхронные и синхронные.
А. Асинхронная машина. Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Магнитное поле в асинхронной машине создается переменным током обмоток статора и ротора. Скорость вращения ротора отличается от скорости вращения поля.

Асинхронные машины делятся на бесколлекторные и коллекторные. Бесколлекторные асинхронные машины являются наиболее распространенными электрическими машинами в народном хозяйстве и применяются главным образом в качестве двигателей. Коллекторные асинхронные машины имеют большее разнообразие характеристик по сравнению с бесколлекторными, используются также в качестве двигателей, но имеют ограниченное применение.
Основным типом асинхронной бесколлекторной машины является трехфазный двигатель в двух главных исполнениях: двигатель с фазной обмоткой ротора (рис. 1,а) и двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 1,6). Конструктивные схемы этих машин показаны на рис. 1, где 1 — сердечник статора, собранный из листовой электротехнической стали, 2 — трехфазная обмотка статора, включаемая в сеть переменного тока, 3 — сердечник ротора, 4 — фазная обмотка ротора, 5 — контактные кольца для соединения с пусковым или регулировочным реостатом, 6 — короткозамкнутая обмотка ротора.

Рис. 1. Конструктивная схема трехфазного асинхронного двигателя: а — с фазной обмоткой ротора, б — с короткозамкнутой обмоткой ротора
Б Синхронная машина. Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, скорость вращения ротора которой равна скорости вращения первой гармоники поля статора и определяется

Рис. 2. Конструктивная схема трехфазного синхронного генератора

частотой / переменного тока в обмотке статора и количеством пар полюсов машины
(1)
Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. В синхронных машинах малой мощности вместо обмотки постоянного тока на роторе используются постоянные магниты (магни-
тоэлектрические синхронные машины) или же магнитное поле создается только переменным током обмотки статора (реактивные синхронные машины). Синхронные машины широко применяются в качестве генераторов трехфазного переменного тока на электростанциях и используются также в качестве электродвигателей.
На рис. 2 изображена конструктивная схема трехфазной синхронной машины. Здесь 1 — сердечник статора, 2 — трехфазная обмотка статора, 3 — полюсы ротора с обмоткой постоянного тока, 4 — кольца для соединения обмотки ротора с источником постоянного тока, 5 — вентиляторы.

Рис. 3. Основные типы синхронных машин: а — с явнополюсным ротором, б — с неявнополюсным ротором
По устройству ротора различают два типа синхронной машины: машина с явнополюсным ротором, в которой катушки обмотки постоянного тока размещены на выступающих полюсах (рис. 3,а) и машина с неявнополюсным ротором, в котором распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазы ротора (рис. 3,6).
Явнополюсная синхронная машина изготовляется для скорости вращения до 1500 об /мин и используется в качестве генератора или двигателя. Наиболее крупные синхронные машины устанавливаются на гидроэлектростанциях и приводятся во вращение водяными турбинами со скоростью до 300 об/мин.
Неявнополюсная синхронная машина используется в основном как генератор на тепловых электростанциях и приводится во вращение паровой турбиной со скоростью обычно 3000 об/мин (при частоте 50 Гц).

Общие элементы устройства и теории машин переменного тока

Обмотки статора обычно присоединяются к сети переменного тока и создают вращающееся магнитное поле, поэтому устройство этой части асинхронных и синхронных машин получается одинаковым. Сердечник статора изготовляется из листовой электротехнической
стали толщиной 0,5 мм.

На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые уложена обмотка. Форма паза зависит главным образом от мощности машины.

Рис. 4. Частично открытый паз
При мощности до 100 кет и напряжении до 500 в применяются частично открытие пазы (рис. 4). Изоляция обмотки от сердечника обычно трехслойная: два слоя электрокартона и между ними слой лакоткани или синтетической пленки. Общая толщина изоляции 0,3—0,7 мм. Стороны 1 мягких катушек из круглого провода укладывают через открытие 3 паза по одному или по нескольку проводников, затем края изоляции загибают и, таким образом, закрывают каждый паз. Стороны катушки в пазу удерживаются клином 2 из дерева или слоистого пластика.

Рис. 5. Частично закрытый паз и изоляция обмотки
1 — прокладка из электрокартона пропитанного, толщиной 0,2 мм,
2 — лента миткалевая впритык, толщиной 0,15 лык, 3 — прокладка из электрокартона, толщиной 0,5 мм, 4— электрокартон пропитанный, толщиной 0,20 мм в 1 слой, 5 — лакоткань черная толщиной 0,3 мм в 1 слой, в — электрокартон пропитанный, толщиной 0,10 мм

впритык, 7 — прокладка из электрокартона толщиной 0,2 мм
Рис. 6. Открытый паз и изоляция обмотки
1 — прокладка из электрокартона (толщиной 0,5 лик), 2 — прокладка из миканита (толщиной 0,2 лык), 3 — микафолий (9 слоев толщиной 0,25 лш), 4 — электрокартон (1 слой толщиной 0.15 лык), 5 — прокладка из электрокартона толщиной 1,7 лык

Частично закрытые пазы (рис. 5) применяются для машин мощностью до 400 кет и напряжением до 500 в. В этом случае каждая катушка состоит из двух полукатушек, намотанных прямоугольным проводом. Полукатушкам придают окончательную форму на специальных шаблонах до укладки в пазы.

В машинах большой мощности и при напряжении выше 500 в катушки изготовляются из прямоугольного провода и изолируются до укладки в прямоугольные пазы (рис. 6).

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• Эл. машины
• Обозначения выводов электрических машин

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Электрические машины переменного тока

Машины переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. Асинхронные машины используются в основном, как двигатели. В режиме торможения они работают как генераторы. Синхронные машины переменного тока получили наибольшее распространение как трехфазные генераторы, в основном это все генераторы на современных электрических станциях. Трехфазные синхронные двигатели преимущественно применяются в качестве привода мощных производственных машин.

Асинхронная машина– такая машина, в которой преобразование энергии осуществляется посредством вращающегося магнитного поля, возбуждаемого переменным током частотойf₁, поступающим из сети. Основным принципом работы является то, что ротор вращается со скоростьюn₂отличающейся от скорости вращения магнитного поляn₁, называемой синхронной скоростью двигателя. В большинстве асинхронных двигателей магнитное поле создается системой трехфазного тока. При работе в качестве двигателя ротор вращается медленнее, чем магнитное поле.

Если ротор с помощью первичного двигателя вращается быстрее, чем магнитное поле, то машина является генератором. Как в режиме двигателя, так и режиме генератора скорость вращения ротора асинхронной машины зависит от нагрузки.

Неподвижная часть машины – статор, состоит из стального сердечника и расположенных на нем трех обмоток, оси которых сдвинуты на угол 120^°одна относительно другой. Обмотки подключены к источнику трехфазного тока. Сердечник статора имеет форму полого цилиндра, вдоль внутренней поверхности которого, сделаны пазы. В диаметрально противоположных пазах статора уложены обмотки трех катушек. Если катушки статора соединить между собой в звезду или треугольник, то симметричная трехфазная цепь питания создает в магнитной системе машины вращающееся магнитное поле.

Ротор, представляет собой цилиндрический сердечник, в диаметрально противоположных пазах которого, уложены короткозамкнутые витки. При вращении магнитного поля токов статора со скоростьюn₁, в проводниках ротора наводится ЭДС. Под действием ЭДС в короткозамкнутых витках ротора протекает ток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем. Это взаимодействие проявляется в возникновении электромагнитных сил, действующих на ротор. Если электромагнитные силы, действующие на неподвижный ротор, превышают тормозной момент на его валу, то он получает ускоренное движение в направлении вращения магнитного поля. По мере возрастания скорости вращения ротора относительная скорость движения его проводников в равномерно вращающемся поле уменьшается, вследствие чего уменьшается и величина тока в них. Процесс изменения тока и скорости вращения ротора прекратится, как только наступит устойчивое равновесие между моментом электромагнитных сил, вызывающих вращение ротора, и тормозным моментом, создаваемым устройством, приводимым в движение электрической машиной. В этих условиях ротор машины будет вращаться с постоянной скоростью, отличной от скорости вращения поля.

Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора.

Одной из важнейших величин, характеризующих работу асинхронного двигателя, является скольжение ротора, под которым понимают отношение:

где:

– частота вращения ротора;

– частота вращения магнитного поля;

– число пар полюсов двигателя.

Для большинства современных типов асинхронных двигателей скольжение ротора при номинальной нагрузке заключено в пределах 2 – 6%.

При отсутствии нагрузки, когда двигатель работает вхолостую, и вращению ротора препятствуют лишь незначительные силы трения, скольжение очень мало и не превосходит десятых долей процента. С увеличением нагрузки скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение и вращательный момент соответственно увеличиваются.

Электромагнитные процессы в асинхронном двигателе аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Обмотку статора двигателя можно рассматривать как первичную обмотку трансформатора, а обмотку ротора — как вторичную. Особенностью двигателя по сравнению с трансформатором является то, что в его статорной и роторной обмотках действуют ЭДС и токи разных частот.

Величины этих ЭДС определяются по формулам:

;

,

где:

– ЭДС обмотки статора,

– ЭДС обмотки неподвижного ротора,

и– соответственно обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора,

и– число обмоток статора и ротора,

– основной магнитный поток,

– частота тока цепи обмоток статора,

– частота ЭДС ротора. Из этого соотношения следует, что частота ЭДС ротора пропорциональна скольжению.

При неподвижном роторе , т.е частота тока и ЭДС ротора равна частоте ЭДС и тока статора и равна частоте питающего напряжения. Векторная диаграмма в этом режиме, называемым холостым ходом, аналогична соответствующей векторной диаграмме трансформатора.

ЭДС во вращающемся роторе

Индуктивное сопротивление вращающегося ротора:

Активное сопротивление ротора не зависит от частоты.

По закону Ома ток в роторе равен:

Электрическая мощность, подведенная к двигателю из сети , преобразуется в нем в механическую. Преобразование энергии сопровождается потерями. Часть подводимой мощности тратится на потери в стали машины –и на нагрев обмотки статора. Остальная мощность электромагнитным путем передается на ротор и называется электромагнитной мощностью. Часть мощности, переданной на ротор, тратится на нагрев меди обмоток ротораи зависит от скольжения. Остальная часть мощности называется полной механической мощностью . Если из полной механической мощности вычесть механические потери и добавочные потери то получится полезная мощность на валу двигателя.

КПД асинхронного двигателя:

,

где .

Величина КПД асинхронных двигателей составляет от 0,7 до 0,9 и выше.

Механическая мощность ротора:

,

где – вращающий момент двигателя.

Электромагнитная мощность вращающегося магнитного поля:

Основные режимы работы асинхронного двигателя:

• пуск двигателя в ход,

• холостой ход двигателя,

• рабочий режим двигателя.

Рабочий режим двигателя при номинальной нагрузке характеризуется номинальными параметрами различными для каждого асинхронного двигателя. Основным номинальным параметром асинхронного двигателя является его номинальная мощность . Это мощность выражается в киловаттах и соответствует той наибольшей механической мощности на валу двигателя, которая может быть полезно отдана механизму, приводимого двигателем во вращение. Работа двигателя с нагрузкой превышающей его номинальную мощность, рассматривается как перегрузка и потому длительно не допустима.

Вторым параметром двигателя является его номинальная скорость вращения .

Важным электрическим параметром является напряжение, для которого предназначен двигатель . Номинальный ток двигателя устанавливается, исходя из номинальной мощности двигателя и номинального напряжения. К номинальным параметрам относят также номинальный коэффициент мощности двигателя.

Номинальный момент часто вычисляют по упрощенной формуле, учитывая номинальные значения величин:

(кГм. ) или(Н·м.)

Для расчета зависимости вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения с достаточной точностью применяется упрощенная формула:

,

где: – максимальный вращающий момент,

– критическое скольжение, при котором вращающий момент достигает своего максимального значения, его величина зависит от активного сопротивления цепи ротора. При известном номинальном скольжении критическое определяется по формуле:

Зависимость вращающего момента от его скольжения или, от скорости вращения ротора называют механической характеристикой двигателя. , при,.

Для оценки рабочих свойств двигателя пользуются его рабочими характеристиками. Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют кривые, характеризующие зависимость электромагнитного момента , тока статора, КПД, и коэффициента мощности на валуот полезной мощностина валу при неизменном напряжении и частоте питающего напряжения,.

В зависимости от конструктивного выполнения роторной обмотки трехфазные асинхронные двигатели разделяются на два типа:

При пуске двигателя с короткозамкнутым ротором скорость вращения ротора в первый момент , чему соответствует максимальное скольжение, двигатель находится в режиме короткого замыкания. Ток в роторе имеет наибольшее значение и наибольший сдвиг фаз по отношению к ЭДС. При этом пусковой ток статора в 4 – 10 раз больше номинального. Пусковой момент составляет 0,9 – 1,8 от номинального момента. По мере разгона двигателя величина пускового тока быстро уменьшается. Большая величина пускового тока вызывает резкие колебания напряжения в сети, что плохо отражается на работе других потребителей. При включении двигателей в мощные энергосистемы эти колебания нивелируются, поэтому используется прямой пуск — включением обмотки статора на полное напряжение цепи. Для уменьшения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют способы, позволяющие понизить на время пуска напряжение, подводимое к статору: переключение обмотки статора со звезды на треугольник, запуск двигателя через автотрансформатор, включение дополнительного сопротивления в обмотку статора. При запуске двигателя через автотрансформатор уменьшение пускового тока в цепи произойдет враз, где- коэффициент трансформации автотрансформатора. Однако недостатком этих способов является уменьшение пускового момента, величина которого пропорциональна квадрату напряжения сети:.

Асинхронный двигатель с фазным ротором пускается в ход с помощью пускового реостата, включенного последовательно с обмоткой ротора.

Пусковые качества двигателей характеризуются коэффициентами кратности пускового тока и пускового момента.

Частота вращения двигателя регулируется изменением частоты вращения магнитного поля (частоты питающего напряжения), переключением пар полюсов, изменением активного сопротивление фазного ротора с помощью трехфазного реостата, включаемого так же как пусковой.

В синхронном двигателе частота вращения двигателя равна частоте вращения магнитного поля:.

Основными характеристиками синхронного двигателя являются угловая, механическая и регулировочная. Угловая характеристика определяет зависимость вращающего момента от угла между ЭДС и напряжением:

где:

– угол между векторами ЭДС и напряжения, т. е.,

– полное индуктивное сопротивление двигателя.

На специальных электростанциях, покрывающих пиковые нагрузки в энергосистемах, синхронная машина работает генератором в часы максимума нагрузки и двигателем – в остальное время, перекачивая с помощью гидротурбины, которая теперь становится насосом, воду в водохранилище, создавая необходимый запас её для последующей работы. Такие агрегаты называют обратимыми.

Синхронная машина состоит из двух частей: неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора и имеет две обмотки. Одна обмотка подключается к источнику постоянного тока и создает основное магнитное поле машины. Это обмотка возбуждения. Другая обмотка является обмоткой якоря и состоит из одной, двух или трех фаз. В обмотке якоря индуцируется основная ЭДС машины. В синхронных машинах наибольшее распространение получила конструкция, когда обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения – на роторе.

Особенностью синхронных машин является то, что ротор должен быть раскручен к моменту присоединения машины к сети переменного тока. При этом должны выполнятся следующие условия: переменный ток, протекающий через обмотку статора, должен быть таким, чтобы его взаимодействие с магнитным полем постоянного тока создавало силу требуемого направления, иначе, вместо того чтобы поддерживать вращение, электромагнитное взаимодействие будет ему препятствовать.

Синхронные машины должны вращаться со строго определенной скоростью. Уменьшение скорости хотя бы на 1% приводит к тому, что изменения тока в обмотке переменного тока перестают соответствовать изменениям в положении обмотки постоянного тока, они как бы выпадают из такта, машина выпадает из синхронизма: обмотка постоянного тока подвергается усилиям, направленным то в одну, то в другую сторону, и машина останавливается.

Постоянный ток, создающий магнитное поле в синхронной машине, называют током возбуждения. Чем больше ток возбуждения, тем больше напряжение, наводимое в машине.

Пример.Определить мощность, подводимую к трехфазному асинхронному двигателю с фазным ротором, а также ток в обмотках статора при их соединении звездой и треугольником. Номинальные параметры двигателя: полезная мощность на валукВт, напряжение на статореВ,%,0,85.

Решение.Активная мощность, потребляемая двигателем, равна:

кВт.

полная мощность:

кВ·А.

При соединении обмоток звездой:

А,

при соединении треугольником:

А.

Пример.Для привода лифта использован трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, питающийся от трехфазной сети с частотой напряженияГц (рис.6.15), с числом пар полюсови частотой вращения ротора. Определить частоту вращенияивращающегося магнитного поля, скольжениеротора, частотутока в роторе при пуске и в рабочем режиме, а также частоту вращения ротора, частоту токав роторе при возрастании нагрузки на валу двигателя, с учетом того, что частота вращения роторапри этом уменьшилась на 5% и составляет.

Рис.6.15. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, питающийся от трехфазной сети.

Решение.Частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения) при числе пар полюсов:

об/мин.

Угловая частота вращения магнитного поля:

рад/с.

Скольжение ротора двигателя:

.

Частота вращения ротора двигателя:

об/мин, .

Частота тока в роторе двигателя при пуске :

Гц.

Частота тока ротора при частоте вращения двигателя:

Гц.

Частота вращения ротора при возросшей нагрузке на валу двигателя:

об/мин.

Скольжение ротора при возросшей нагрузке:

.

Частота тока ротора при возросшей нагрузке:

Гц.

Пример.Для пуска восьмиполюсного асинхронного двигателя с фазным ротором и номинальными параметрами:об/мин;иОм используется пусковой реостат. Определить сопротивлениефазы пускового реостата, чтобы при пуске двигатель развивал максимальный момент, если частота напряжения сетиГц.

Решение.Номинальное скольжение определяется по формулам:

,,

согласно которым

об/мин

и .

Критическое скольжение равно:

.

Пусковое сопротивление определяется из соотношения:

,

отсюда:

Ом.

Пример.Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет следующие паспортные данные:В,кВт,об/мин,%,. Кратность пускового тока, частота напряжения питанияГц. Определить число пар полюсов, номинальный и пусковой токи двигателя при соединении обмоток статора в треугольник и звезду.

Решение.Ближайшая стандартная синхронная частотаоб/мин, следовательно, число пар полюсов, т.е. машина шестиполюсная.

Скольжение равно:

,

мощность, потребления двигателя:

кВт,

номинальный момент:

Н·м.

При соединении обмоток треугольником номинальный ток:

А,

пусковой ток:

А.

При соединении обмоток звездой:

А,

пусковой ток:

А,

т.е. пусковой ток в этом случае в раз меньше.

Пример.Синхронный шестиполюсный двигатель имеет следующие номинальные данные:кВт,об/мин,В,А,Ом. Определить номинальный и максимальный моменты двигателя, если ЭДС двигателя равна 670 В. Построить угловую характеристику двигателя.

Решение.Номинальный момент определяется по формуле:

.

Максимальный момент при равен:

.

Подставляя исходные данные, получаем:

.

Исходная зависимость для угловой характеристики имеет вид . Например, при номинальном моментеи.

Асинхронные двигатели | Эксплуатация электрических машин и аппаратуры | Архивы

Страница 8 из 74

Глава 3
АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Асинхронной машиной называют машину переменного тока, скорость вращения ротора которой зависит от нагрузки при данной частоте в сети. Основное назначение асинхронных машин — работать в режиме двигателя, преобразовывать электроэнергию переменного тока в механическую энергию вращения. В редких случаях, главным образом на испытательных установках, асинхронная машина работает в режиме генератора. В специальных случаях асинхронные машины работают как индукционные регуляторы и фазорегуляторы.
Асинхронные двигатели — основные в промышленности, на строительстве, в сельском хозяйстве. Повсеместное распространение асинхронных двигателей объясняется их преимуществами: простота и надежность конструкции; простота эксплуатации; малая стоимость и высокий к. п. д.
Существенные недостатки следующие. Двигатели потребляют относительно большую реактивную мощность, что приводит к ухудшению коэффициента мощности (cos φ) сети; имеют плохие регулировочные свойства. Регулировать скорости вращения асинхронных двигателей — более сложная задача, чем регулирование двигателей постоянного тока.

По устройству двигатель очень прост. Он состоит из неподвижного статора, вращающегося ротора и двух подшипниковых щитов. На рисунке 16 показан общий вид асинхронного двигателя и на рисунке 17 — асинхронный двигатель в разобранном виде.
Статор (рис. 18) состоит из станины, сердечника и обмотки. Станину — конструктивную часть — изготовляют из литой стали, чугуна или алюминия.
Сердечник статора набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм; 0,5 мм, изолированных лаком. На внутренней поверхности сердечника выштампованы пазы для укладки статорной (якорной) обмотки.
На статоре укреплена трехфазная обмотка однослойная, главным образом в двигателях малой мощности или двухслойная в двигателях большой мощности. Шесть выводов: три начала — с1, с2; с3 и три конца с1, с5; с8 — выводятся в коробку выводов или на клеммный щиток. Шесть выводных концов двигателя позволяют соединять обмотку по схеме звезда или треугольник.
Внутренняя поверхность статора отделена от ротора воздушным зазором. Этот зазор в асинхронных двигателях сравнительно мал. Абсолютное значение его увеличивается с ростом номинальной мощности двигателя; в быстроходных он больше, чем в тихоходных, при одной и той же мощности. Величина воздушного зазора оказывает сильное влияние на характеристики двигателя, в частности на значения тока холостого хода и cos φ.

Рис. 16 Общий вид асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя состоит из вала, сердечника и обмотки.
Сердечник ротора набирают из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности ротора пазы для укладки обмотки. По виду применяемой обмотки на роторе различают короткозамкнутые и фазные асинхронные двигатели.

Рис. 17. Разобранный асинхронный двигатель:
а — статор; б — ротор; в — подшипниковые щиты; г — вентиляционные крылья; д — вентиляционные окна, е — коробка выводов.

Обмотка ротора короткозамкнутого двигателя представляет характерную клетку, показанную на рисунке 19. В зависимости от вида короткозамкнутой обмотки различают роторы с обычной клеткой, с двойной клеткой и с глубоким пазом (рис. 20).

В двигателях с обычной клеткой (рис. 20, а) роторная обмотка состоит из медных или алюминиевых стержней, уложенных в пазах овальной, реже круглой формы и замкнутых по торцам кольцами. Обмотку ротора двигателей до 100 кВт изготавливают, заливая пазы алюминием (рис. 21), и одновременно отливают короткозамыкающие кольца и вентиляционные крылья.

Рис. 18. Статор асинхронного двигателя.

Рис. 19. Короткозамкнутая клетка роторной обмотки.

В двигателях с двойной клеткой роторная обмотка (рис. 20, б) состоит из двух независимых клеток, их изготовляют из меди, латуни или бронзы.
Ротор (рис. 20, в) имеет глубокие пазы прямоугольной или трапецеидальной формы. В такие пазы забивают медные стержни соответствующего сечения и профиля. Стержни клетки и медные кольца припаивают друг к другу тугоплавким припоем.
Асинхронные двигатели с фазным ротором сложнее по своей конструкции, чем короткозамкнутые двигатели. Внешний вид фазного двигателя показан на рисунке 22. На нем справа кожух закрывает контактные кольца и щетки. На рисунке 23 показан разрез фазного двигателя.
На внешней поверхности ротора выштампованы закрытые или полузакрытые пазы, в них укладывают трехфазную обмотку, аналогичную статорной обмотке: однослойную или двухслойную. Фазную обмотку ротора соединяют звездой, реже треугольником. Начала фаз роторной обмотки присоединяют к трем контактным кольцам. Контактные кольца из меди, бронзы, реже из стали. Кольца изолированы друг от друга и вала. Ротор фазного двигателя показан на рисунке 24, на нем видна однослойная двухплоскостная обмотка.
С помощью контактных колец и щеток вращающаяся обмотка ротора соединяется с пусковым или регулировочным реостатом.
В некоторых двигателях для уменьшения износа колец и щеток и уменьшения потерь на трение применяют щеткоподъемные механизмы. С помощью этого механизма кольца замыкаются накоротко и поднимают щетки.

Рис. 20. Роторы короткозамкнутых двигателей: а        — с обычной клеткой; б — с двойной клеткой; в — с глубоким пазом.

Рис. 21 Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой.

Рис. 22. Внешний вид фазного асинхронного двигателя.

Рис. 23. Продольный разрез фазного асинхронного двигателя:

1 — вал; 2 — сердечник ротора; 8 — обмотка статора; 4 — корпус статора; 5 — сердечник статора; 6 — подшипниковый щит, 7 — контактные кольца; 8 — контактные щетки; 9 — коробка выводов

Рис. 24, Ротор фазного асинхронного двигателя.

В фазных двигателях напряжение роторной обмотки в несколько раз меньше напряжения статорной, поэтому ток ротора получается значительным. По этой причине в роторах применяют двухслойные стержневые петлевые или волновые обмотки.
В случае стержневых обмоток в паз ротора укладывают два стержня, лобовые части их соединяют так, чтобы получить три одинаковых фазы. На рисунке 25 вычерчена стержневая двухслойная волновая обмотка.
В подшипниковых щитах крепят подшипники шариковые, реже подшипники скольжения. Подшипниковые щиты изготовляют из того же материала, как и станину.
Типы асинхронных двигателей разнообразны. Теперь наиболее широко распространены двигатели серии А, мощностью от 0,6 до 125 кВт.
В обозначении типа двигателя первая буква указывает серию, вторая — исполнение. После букв следуют цифры, первая из них показывает габариты (условный диаметр сердечника статора), вторая — условную длину сердечника и последняя — число полюсов.

Рис. 25. Развернутая схема трехфазной стержневой двухслойной волновой обмотки:
z = 24; 2р = 4; у — 6.

Например, А041-4 означает, что данный асинхронный (обдуваемый) двигатель с короткозамкнутым ротором единой серии А закрытого обдуваемого исполнения в чугунном корпусе четвертого габарита первой длины, с четырьмя полюсами (синхронных 1500 об/мин )
Теперь единую серию А заменяют новой А2 и А02, то есть в защищенном и закрытом обдуваемом исполнениях. Вес двигателей в среднем уменьшен на 25% по сравнению с двигателями серии А, расход электротехнической стали и меди уменьшен на 10 и 12% в результате применения новых изоляционных и более легких конструктивных материалов. Двигатели новой серии с более высокими энергетическими показателями (к. п. д. cos φ).
Мощность двигателя — это механическая мощность на валу. Из сети двигатель потребляет большую мощность на величину потерь. В паспорте двигателя указывают номинальные линейные токи, то есть токи, которые подтекают к двигателю при номинальном режиме по схеме соединения звездой или треугольником. При номинальном режиме пс фазам двигателя, независимо от схемы соединения их, протекает один и тот же ток.
Электрические величины, указанные е паспорте трехфазного асинхронного двигателя, связаны равенством

где               Iн — номинальный ток двигателя:
РH — номинальная мощность двигателя;
Un — номинальное напряжение двигателя; η и cos φ — номинальные к. п. д. и коэффициент мощности
двигателя.

• Назад
• Вперед

Журнал электрика-Однофазные асинхронные двигатели

ЭТОТ ПУНКТ НАХОДИТСЯ НА КОНСТРУКЦИИ.

Введение

Двумя основными типами двигателей переменного тока являются «асинхронные двигатели» (также называемые асинхронными двигателями) и «синхронные двигатели». Наиболее распространенным из них является асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели работают только от переменного напряжения, потому что постоянное напряжение не создает индукции. Таким образом, в этом посте подразумевается, что асинхронный двигатель — это исключительно двигатель переменного тока.

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель — это вращающаяся электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую, работая по принципу индукции. Чтобы электрическая индукция имела место в двигателе, ему требуется напряжение переменного тока (переменного тока), приложенное к его обмоткам. В этом посте мы обсудим однофазный асинхронный двигатель, для работы которого требуется только одна фаза переменного тока. В США наиболее распространенными однофазными переменными напряжениями являются 120 В переменного тока, 208 В переменного тока и 240 В переменного тока. Асинхронные двигатели используются в самых разных бытовых и промышленных устройствах, таких как: вентиляторы, насосы, конвейеры и т. д.

Происхождение

Асинхронный двигатель был изобретен группой ученых, имена которых: Майкл Фарадей, Уильям Стерджен, Томас Дэвенпорт и Эмили Дэвенпорт.

Два основных компонента

Двумя основными компонентами асинхронного двигателя являются «обмотка статора » (стационарная) и «ротор » (вращающаяся часть, закрепленная вокруг внешней части вала). . Эти два компонента работают вместе для создания электромагнитной индукции и передачи энергии вращения механической нагрузке через вращающийся вал. Электромагнитная индукция — это процесс, при котором ток создается в проводнике за счет его перемещения через магнитное поле или за счет перемещения или изменения магнитного поля вокруг неподвижного проводника.

Статор содержит две пары обмоток: «основная обмотка» и «вспомогательная обмотка». Эти пары обмоток размещены на противоположных сторонах круга (на расстоянии 180 градусов) друг от друга. Основные обмотки располагаются перпендикулярно вспомогательным обмоткам. Когда на основные обмотки подается переменное напряжение (которое постоянно меняет свою полярность), вокруг ротора создаются два равных и противоположных вращающихся поля. Поскольку линии потока во вращающихся магнитных полях статора пересекают стержни в клетке ротора одновременно в противоположных направлениях, ротор развивает два противоположных крутящих момента. Таким образом, чистый крутящий момент на валу равен нулю. Эта концепция называется «теорией поля с двойным вращением». Это заставляет ротор гудеть или гудеть, не вращаясь. Эта дилемма преодолевается с помощью пускового конденсатора, подключенного к вспомогательной обмотке статора, который нейтрализует одно из противоположных полей в роторе и увеличивает величину оставшегося поля. Теперь ротор может свободно вращаться в одном направлении с определенной скоростью. Вращающийся ротор прикреплен вокруг центра выходного вала, что также заставляет его вращаться и выполнять множество видов вращательной механической работы.

Работа асинхронного двигателя основана на небольшой разнице скоростей между вращающимся магнитным полем статора и скоростью вращения вала ротора, называемой «скольжением», которая индуцирует ток ротора в стержнях ротора. Это то, что заставляет двигатель вращаться. Скольжение выражается в процентах от скорости двигателя в об/мин (оборотов в минуту).

Синхронный двигатель

Как следует из названия, синхронные двигатели способны поддерживать постоянную скорость под нагрузкой, пока нагрузка находится в пределах возможностей двигателя. Это высокоэффективные машины, которые в основном используются в высокоточных приложениях. Характеристика постоянной скорости достигается взаимодействием между постоянным магнитным полем и вращающимся магнитным полем. Ротор создает постоянное магнитное поле, а статор создает вращающееся магнитное поле. Катушка возбуждения статора возбуждается переменным напряжением питания, подаваемым на обмотки статора. Это создаст вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью (Ns). Ротор возбуждается напряжением питания постоянного тока, поэтому он действует как постоянный магнит, или ротор может быть изготовлен из постоянного магнита (что не требует напряжения питания постоянного тока).

Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся. Для самозапуска между наконечниками магнитных полюсов ротора помещается короткозамкнутая клетка. Это заставляет двигатель запускаться так же, как асинхронный двигатель. Однако синхронный двигатель способен поддерживать постоянную скорость с помощью поля, создаваемого возбужденными или неподвижными магнитами между каждым стержнем ротора. Если внешняя нагрузка крутящего момента больше, чем крутящий момент, создаваемый двигателем, он выйдет из синхронизации и в конечном итоге остановится. Низкое напряжение питания или низкое напряжение возбуждения также могут привести к рассинхронизации двигателя. Синхронные двигатели также могут помочь улучшить общий коэффициент мощности электрической системы. См. пост «Объяснение коэффициента мощности».

Как контролировать скорость асинхронного двигателя

Синхронная скорость (Ns) однофазного асинхронного двигателя рассчитывается путем умножения количества циклов (f) на количество секунд в минуте (T), умножить на 2 для положительных и отрицательных импульсов в цикле, разделить на количество полюсов (P)…4, например:

Для 60-герцовой системы:

(60 x 60 x 2) / 4 = 1800 об/мин

Для системы 50 Гц:

(50 x 60 x 2) / 4 = 1500 об/мин

Используя формулу синхронной скорости, можно увидеть, что управление скоростью осуществляется путем изменения частоты питающего напряжения или числа полюсов. Самый простой способ — изменить частоту с помощью частотно-регулируемого привода.

Ns = (f x T x 2) / P

Являются ли двигатели переменного тока реверсивными?

Да. Изменение направления вращения двигателя переменного тока осуществляется переключением силового провода вспомогательной обмотки с одной стороны пускового конденсатора на другую.

Являются ли двигатели постоянного тока реверсивными?

Да. Просто поменяйте полярность силовых проводов на обмотку, и направление изменится на противоположное.

Смотрите больше забавных постов о моторах! 🙂

Асинхронные и асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, работающий по принципу электромагнитной индукции, то есть ротор получает крутящий момент под действием вращающегося магнитного поля. в статоре, и тогда ротор может вращаться. Обычно скорость вращения ротора асинхронного двигателя не равна скорости вращающегося магнитного поля (синхронная скорость), поэтому асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель. По типу переменного тока различают однофазные и трехфазные асинхронные двигатели.

Какие типы асинхронных двигателей продаются на ATO.com?

При покупке асинхронного двигателя в первую очередь обращают внимание на скорость, напряжение, крутящий момент и мощность. Другие вещи, которые вы должны принять во внимание, это рабочая система, требования к перегрузке, класс изоляции, класс защиты, момент инерции, нагрузка, метод установки, техническое обслуживание, температура окружающей среды, высота над уровнем моря, рейтинг корпуса, внешняя среда, энергоэффективность и т. д. Теперь ATO предлагает вам надежные и экономичные асинхронные двигатели и помогает вам сделать лучший выбор при покупке.

Однофазные асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, работающий от однофазного источника переменного тока, называется однофазным асинхронным двигателем. Поскольку однофазным асинхронным двигателям требуется только однофазный переменный ток, они просты в использовании и широко используются, а также имеют преимущества простой конструкции, низкой стоимости, низкого уровня шума и небольших помех для радиосистем, поэтому они часто используются в бытовая техника и маломощная техника малой мощности. Среди них, такие как электровентиляторы, стиральные машины, холодильники, кондиционеры, вытяжки, электродрели и медицинское оборудование.

Трехфазные асинхронные двигатели

Трехфазный асинхронный двигатель — это разновидность асинхронного двигателя, который питается от трехфазного переменного тока. По сравнению с однофазными асинхронными двигателями трехфазные асинхронные двигатели имеют лучшие рабочие характеристики и позволяют экономить различные материалы. Трехфазный асинхронный двигатель в основном используется при земляных работах, транспортировке жидкостей и других областях, которые должны обеспечивать питание, таких как станки, малое и среднее оборудование для прокатки стали, вентиляторы, насосы, оборудование легкой промышленности, металлургическое и горнодобывающее оборудование и т. д.

Взрывозащищенный двигатель

Взрывозащищенный двигатель — это тип двигателя, который можно использовать в легковоспламеняющихся и взрывоопасных местах и ​​который не производит электрических искр при работе. Взрывозащищенные двигатели в основном используются в угольных шахтах, нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности. Кроме того, в текстильной, металлургической, городской газовой, транспортной, зерновой и нефтеперерабатывающей, бумажной, медицинской и других отраслях также широко используются. В качестве основного энергетического оборудования взрывозащищенные двигатели обычно используются для привода насосов, вентиляторов, компрессоров и других передаточных механизмов и т. д.

Тормозной двигатель

Тормозной двигатель представляет собой полностью закрытый трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и самовентилятором с дополнительным тормозом постоянного тока дискового типа. Он состоит из двигателя постоянного тока с дисковым электромагнитным тормозом, прикрепленного между задней торцевой крышкой двигателя серии Y и вентилятором. Это производная серия серии Y. Он имеет преимущества быстрого торможения, простой конструкции, высокой надежности и высокой универсальности. Двигатели с тормозом широко используются в различном механическом оборудовании и передаточных устройствах, требующих быстрой остановки и точного позиционирования.

Двигатель с переменной скоростью

Двигатель с переменной скоростью — это двигатель, который изменяет скорость двигателя путем изменения количества ступеней, напряжения, тока, частоты и т. д. двигателя, чтобы двигатель мог достичь более высокой производительности. . Благодаря своим превосходным характеристикам двигатели с регулируемой скоростью широко используются в сталелитейной, электростанции, кабельной, химической, нефтяной, цементной, текстильной, полиграфической и красильной, бумагоделательной, машиностроительной и других отраслях промышленности для бесступенчатого регулирования скорости нагрузочного оборудования с постоянным крутящим моментом. или уменьшение крутящего момента.

Двигатель из нержавеющей стали

Конструкция двигателя из нержавеющей стали позволяет избежать плоских поверхностей, трещин и щелей, предотвращая скопление посторонних предметов и бактерий. Его корпус и кабели могут ежедневно выдерживать высокое давление, высокую температуру и агрессивные химические промывки. Надежная конструкция означает, что двигатель можно чистить без использования ограждений и крышек для его защиты. Эти функции обеспечивают более быструю очистку, более длительное время безотказной работы и более высокую общую эффективность оборудования линии.

Каковы преимущества асинхронных двигателей ATO?

• Различные методы управления : Поскольку асинхронный двигатель не имеет постоянного магнита, легче достичь различных скоростей и крутящих моментов за счет ослабления магнитного поля или преобразования частоты и т. д. Его можно использовать в промышленных или бытовых приложениях, не требующих высоких плотность крутящего момента и имеет преимущества самозапуска, экономичности и надежности.
• Низкая стоимость : Асинхронные двигатели дешевле по сравнению с синхронными двигателями и двигателями постоянного тока. Это определяется конструкцией асинхронного двигателя. Таким образом, асинхронные двигатели являются лучшим выбором для приложений с фиксированной скоростью в промышленности, а также для коммерческих и бытовых приложений, где можно легко подключить питание переменного тока.
• Низкие затраты на техническое обслуживание : Конструкция асинхронного двигателя проста, поэтому техническое обслуживание также легко, что снижает затраты на техническое обслуживание.
• Простота в эксплуатации : Асинхронные двигатели являются самозапускающимися двигателями (работают самостоятельно с переменным током). Он работает легко, так как на роторе нет электрического разъема.
• Изменение скорости : Изменение скорости асинхронного двигателя является постоянным. Скорость изменяется всего на несколько процентов от холостого хода до номинальной нагрузки.
• Высокий пусковой крутящий момент : Асинхронные двигатели имеют высокий пусковой крутящий момент, что позволяет прикладывать нагрузку до запуска двигателя. Трехфазные асинхронные двигатели имеют другой пусковой момент, чем синхронные двигатели. Однако однофазный асинхронный двигатель не имеет момента самозапуска и может вращаться только с помощью некоторых вспомогательных средств.
• Долговечность : Еще одним преимуществом асинхронных двигателей является долговечность, которая позволяет двигателю работать в течение многих лет без каких-либо затрат и обслуживания.

Двигатели переменного тока | Pelonis Technologies, Inc.

Электродвигатели переменного тока

Двигатель переменного тока (AC) преобразует электрическую энергию в механическую. Двигатель питается переменным током, а это означает, что направление потока, окружающего цепь, переключается через равные промежутки времени. В двигателе переменного тока есть несколько компонентов, в том числе неподвижный внешний барабан, ротор, статор и внутренняя часть, которая вращается, прикрепленная к валу двигателя. Статор и ротор создают циркулирующие магнитные поля, а обмотка в двигателе переменного тока служит как обмоткой возбуждения, так и якорем. Воздушный зазор создается, когда статор соединяется с потоком его питания. Это вращает поток с постоянной скоростью, что в конечном итоге создает напряжение в обмотках статора и ротора.

Типы двигателей переменного тока

Доступно множество двигателей переменного тока, и все они служат отдельным и различным целям. Шесть распространенных типов двигателей переменного тока: 

• Трехфазные двигатели: Это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую за счет электромагнитного взаимодействия. В классификации трехфазных двигателей переменного тока трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространенным. Их популярность обусловлена ​​тем, что им не нужны пусковые устройства.

• Асинхронные двигатели: Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электродвигателями переменного тока. Эта форма двигателя переменного тока использует электромагнитную индукцию от вращающегося магнитного поля статора для подачи электрического тока в ротор, который затем создает крутящий момент. Ротор асинхронного двигателя представляет собой ротор с короткозамкнутым ротором.

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: Эта форма асинхронного двигателя основана на законе электромагнетизма. Он получил свое название от ротора внутри, который называется «беличьей клеткой». Это прозвище он получил из-за своего внешнего вида. Цилиндрический ротор покрыт металлом с высокой проводимостью, обычно из алюминия или меди. Когда переменный ток проходит через обмотки статора, он создает вращающееся магнитное поле. Это то, что создает ток в обмотке ротора и создает магнитное поле. Крутящий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля между обмоткой статора и ротора.

• Синхронные двигатели: Эти двигатели работают как двигатели переменного тока, но число оборотов вала равно целочисленному множителю частоты подаваемого тока. Этот двигатель не использует индукционный ток для работы, а вместо этого создает крутящий момент за счет магнитных полей, создаваемых многофазными электромагнитами на статоре.

• Двигатель с фазной обмоткой\ Двигатель с фазной обмоткой\ Двигатель с фазным ротором: Часто используемые в подъемниках и лифтах двигатели с фазным ротором или фазным ротором часто используются, поскольку они создают более высокий пусковой момент, чем асинхронные двигатели.

• Однофазные двигатели: Для работы этого двигателя требуется только одна фаза питания. Этот двигатель переменного тока преобразует электрическую энергию в механическую для выполнения физической задачи. Эти типы двигателей переменного тока обычно используются в маломощных устройствах как для бытового, так и для промышленного использования. В этом двигателе используется однофазный источник переменного тока для обмотки статора, который создает магнитное поле, пульсирующее по синусоидальной схеме.

Преимущества двигателей переменного тока Двигатели переменного тока

имеют ряд преимуществ, в том числе:  

• Долговечность: Электродвигатели переменного тока невероятно долговечны. Отсутствие у них щеток означает, что они могут работать намного дольше, чем двигатели постоянного тока, и устраняет проблемы с опасным искрением. Двигатели переменного тока стали предпочтительным вариантом для приложений с фиксированной скоростью как в промышленных, так и в коммерческих целях. Они также популярны в домашних условиях, где можно просто подключить питание переменного тока.

• Запуск с низким энергопотреблением: Еще одним преимуществом двигателей переменного тока является низкая мощность, необходимая для зажигания. Эти двигатели могут более эффективно распределять свою мощность и поддерживать постоянный уровень мощности на протяжении всего внедрения. Они также снижают вероятность выгорания. Это происходит, когда двигатель должен бороться с перегрузкой при запуске.

• Контролируемое ускорение: двигатели переменного тока обеспечивают стабильное и контролируемое движение. Это связано с их возможностями контролируемого ускорения. Это ключевой момент для различных требовательных приложений. Эта форма работы также снижает проблемы, связанные с износом, поскольку скорости не колеблются, что сводит к минимуму нагрузку на двигатель.

• Высокая скорость: двигатели переменного тока способны поддерживать и развивать высокие скорости. Это делает их превосходными для широкого спектра сложных промышленных применений.

Отрасли и приложения Двигатели переменного тока

используются в самых разных областях по всему миру, особенно в индустрии отдыха, ОВКВ и здравоохранении. Они также часто встречаются в конвейерных лентах или системах, кондиционерах, вентиляторах и бытовой технике.

Инновационные решения для двигателей переменного тока в Pelonis Technologies

Pelonis Technologies — ведущий производитель асинхронных двигателей для коммерческого и промышленного применения.