Site Loader

Содержание

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.

Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется «беличьей клеткой». Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.

Получение вращающегося магнитного поля

Обмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Пуск асинхронных двигателей

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов — для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя
 

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.

Способы торможения двигателей

При торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.


Асинхронные электродвигатели. Виды и устройство. Работа

Асинхронные электродвигатели были изобретены в 1889 году. В настоящее время выпускается большой спектр электрических двигателей. Из них наибольшую популярность приобрел электродвигатель асинхронного типа, трехфазный. Половина всей электроэнергии в мире расходуется такими электродвигателями. Они нашли широкое использование во многих отраслях промышленности, в быту, электроинструменте, так как имеет невысокую стоимость, повышенную надежность, простое обслуживание и эксплуатацию.

Область использования таких электромашин становиться все шире, так как их конструкция совершенствуется. В переводе с английского такой электродвигатель называют индукционным. И это легко объяснить, так как это вид моторов, в котором явление индукции применяется для создания полюсов, другими словами, применяются наводки для образования движущей силы. Особенностью асинхронных двигателей является отличие частоты поля от скорости вращения вала. В других типах двигателей используются постоянные магниты, обмотки и т.д.

Устройство

Асинхронные электродвигатели состоят из:

  • Ротора.
  • Статора.

 

Статор, состоит из основных частей:
  • Корпус. Служит для образования соединений деталей мотора. При малом размере мотора корпус цельнолитой. Материал изготовления – чугун. Могут использоваться сплавы алюминия, либо сталь. Часто в небольших двигателях функцию сердечника выполняет корпус. В больших моторах со значительной мощностью корпус имеет сварную конструкцию.
  • Сердечник. Эта деталь запрессована в корпус, и предназначена для повышения магнитной индукции, изготовлена из электротехнической стали в виде пластин. Для уменьшения потерь, возникающих при вихревых токах, сердечник покрывается лаком.
  • Обмотка. Она расположена в пазах сердечника. Для ее намотки применяется медная проволока, секциями, соединенными между собой по определенной схеме. Витки образуют 3 катушки, которые по сути дела играют роль обмотки статора. Эта обмотка первичная, непосредственно к ней подключается питание.
Ротор:
  • Ротор – элемент двигателя, находящийся во вращении, предназначен для трансформации магнитного поля в энергию движения, состоит из частей:
  • Вал. Подшипники вала находятся на его хвостовиках. При сборке двигателя подшипники запрессовываются, фиксируются болтами к крышкам корпуса.
  • Сердечник. Его сборку производят на валу двигателя. Он состоит из металлических пластин электротехнической стали, которая обладает свойством малого сопротивления магнитному полю. Форма сердечника в виде цилиндра используется для укладки катушки якоря, которая называется вторичной. Она получает энергию от магнитного поля, появляющегося вокруг обмоток статора при подаче питания.
Классификация по типу ротора
  • С короткозамкнутым ротором.


Такой тип двигателя оснащен обмоткой в виде алюминиевых стержней, расположенных в пазах сердечника. На торце ротора они замыкаются между собой кольцами.
  • С ротором, оснащенным контактными кольцами.


Оба типа моторов имеют схожую конструкцию статора. Разница состоит лишь в конструкции якоря.
Классификация по числу фаз

Асинхронные электродвигатели трехфазные являются основными типами моторов. Они оснащены 3-мя обмотками на статоре, смещены на 120 градусов, соединены между собой треугольником, либо звездой, получают питание от трех фаз переменного тока.

Асинхронные электродвигатели небольшой мощности чаще всего изготавливаются двухфазными. Они отличаются от 3-фазных моторов оснащением 2-мя обмотками на статоре, которые смещены между собой на угол 90 градусов.

В случае равенства токов по модулю, и их сдвигу по фазе на 90 градусов, действие мотора не будет иметь отличия от 3-фазного двигателя. Но такие типы двигателей чаще подключаются от однофазной сети, а искусственный сдвиг на 90 градусов образуется за счет конденсаторов.

Асинхронные электродвигатели однофазные оснащаются единственной обмоткой на статоре. Они практически не могут работать. Когда вал электродвигателя неподвижен, то при подаче питания образуется только импульсное магнитное поле, а момент вращения равен нулю. Но если ротор у такого электродвигателя принудительно раскрутить, то он сможет функционировать и приводить в действие какой-либо привод механизма.

В таком случае пульсирующее поле складывается из 2-х симметричных полей: прямого и обратного. Они образуют разные моменты: один двигательный, другой тормозной. Но двигательный момент получается больше тормозного, возникающего вследствие токов ротора высокой частоты.

В связи с этим 1-фазные моторы оснащаются второй обмоткой, применяющейся в качестве пусковой. В ее цепи для сдвига фаз подключают конденсаторы. Их емкость имеет значительную величину, и может достигать нескольких десятков мкФ при маломощном моторе, меньше 1000 ватт.

В управляющих системах применяют 2-фазные асинхронные электродвигатели, получившие название исполнительных. Они оснащены двумя обмотками статора, которые имеют сдвиг фаз на 90 градусов. Одна обмотка (возбуждения) питается от сети 50 герц, а вторая применяется в качестве управляющей.

Чтобы образовалось магнитное поле с вращающим моментом, ток в управляющей обмотке должен иметь сдвиг 90 градусов. Для регулировки скорости мотора изменяют значение тока в этой обмотке, либо меняют угол фазы. Реверсивное движение обеспечивается сменой фазы в обмотке управления на 180 градусов, с помощью переключения обмотки.

2-фазные асинхронные электродвигатели производятся в разных исполнениях:
  • Короткозамкнутым ротором.
  • Полым магнитным ротором.
  • Полым немагнитным ротором.
Линейные моторы

Чтобы преобразовать движение вращения в поступательное движение, необходимо применение определенных механизмов. Поэтому при необходимости двигатель конструктивно выполняют таким образом, что его ротор сделан в виде бегунка с линейными движениями.

В таком случае двигатель получается развернутым. Обмотка статора такого мотора сделана, как и у обычного двигателя, но она должна быть уложена на всей длине перемещения бегунка (ротора) в пазы. Такой ротор в виде бегунка чаще бывает короткозамкнутым. К нему присоединен привод механизма. На краях статора располагают ограничители, которые не дают ротору выходить за определенные пределы.

Принцип действия

Якорь электродвигателя приводится в действие с помощью эффекта магнитного поля, возникающего в катушках статора. Для лучшего понимания принципа работы мотора, нужно освежить в памяти закон самоиндукции. Он говорит, что вокруг подключенного к питанию проводника образуется магнитное поле. Его величина прямо зависит от индуктивности проводника и потока частиц.

Также, магнитное поле образует силу, направленную в определенную сторону, которая вращает ротор мотора. Чтобы двигатель работал с достаточной эффективностью, нужно получить значительный магнитный поток. Его можно создать особой установкой первичной обмотки.

Источник напряжения выдает переменное напряжение, значит, вокруг статора магнитное поле будет с такими же свойствами, и прямо зависит от изменения тока сети. Фазы смещены между собой на 120 градусов.

Процессы в обмотке статора

Все фазы сети подключаются к катушкам статора, каждая фаза к определенной катушке. Поэтому магнитное поле будет иметь смещение на 120 градусов. Питание поступает в виде переменного напряжения, значит, вокруг катушек возникнет переменное магнитное поле.

Схема двигателя выполняется так, чтобы магнитное поле вокруг катушек постепенно менялось и переходило от одной катушки к другой. Так образуется магнитное поле с эффектом вращения. Можно определить частоту вращения, которая будет измеряться в числе оборотов вала мотора. Она вычисляется по формуле:

n = 60*f / p, где f – частота тока в сети, р – количество пар полюсов статора.

Работа ротора

Процессы во вторичной обмотке ротора, и особенность конструкции, которую имеют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

К обмотке якоря напряжение не подается. Оно возникает из-за индукционной связи с первичной обмоткой. Из-за этого и происходит действие, обратное действию в статоре. Оно соответствует закону: при пересечении проводника магнитным потоком, в нем образуется электрический ток. Магнитное поле возникает вокруг первичной обмотки от того, что к ней подключается трехфазное питание.

Совместная работа ротора и статора

Мы имеем асинхронный мотор с ротором, в котором протекает электрический ток по его обмотке. Этот ток станет причиной появления магнитного поля возле обмотки якоря. Но полярность потока не будет совпадать с потоком статора. А значит, и сила, которая создается им, будет противодействовать силе магнитного поля первичной обмотки, что заставит двигаться ротор, потому что на нем выполнена вторичная обмотка, а вал закреплен на подшипниках в корпусе мотора.

Разберемся в ситуации, когда взаимодействуют силы магнитных полей ротора и статора, по истечении времени. Известно, что магнитное поле первичной катушки вращается с определенной частотой. Образованная им сила будет передвигаться с такой же скоростью. Это приводит в действие асинхронный двигатель, его ротор будет вращаться вокруг своей оси.

Подключение двигателя к питанию

Для запуска электродвигателя его нужно подключить к напряжению 3-фазного тока. Выполнить такое подключение возможно двумя методами: звездой и треугольником.

Схема звездой

Здесь изображен способ соединения треугольником.

Схемы собираются в клеммной коробке, расположенной на корпусе двигателя.

Чтобы запустить электродвигатель в обратном направлении вращения, необходимо только изменить местами две любые фазы путем перебрасывания двух проводов в коробке двигателя.

Похожие темы:

Устройство асинхронный двигатель


5.2. Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каж­дая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вто­ричной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнит­ной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рас­смотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов;

5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну-

той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алю­миниевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехничес­кой стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными свар­ными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердеч­ника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникаю­щих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продоль­ные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соеди­ненные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за преде­лами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.

Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой;

1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца;

4 — лопасти вентилятора

Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на при­мере простейшей трехфазной двухполюсной обмотки, каждая фаза которой состоит из одной секции, фазы обмотки соединены звездой (рис.5.5). При этом секции тока в фазных обмотках (по времени) относительно друг друга на электрический угол 120° (рис.5.5, б). Проведем ряд построений вектора МДС трехфазной обмотки Fm, соответствующих различным моментам времениt0, t1, t2,t3отмеченным на графике рис.5.5, б.

В момент времени t0ток в фазе А равен 0, в фазе В ток имеет отрица­тельное, а в фазе С — положительное направления. Эти направления тока отмечаем на рис.5.5, б в сечениях обмоток статора для данного момента времени. При этом следует помнить, что за положительное направление тока

Рис.5.5. Получение вращающегося магнитного поля: а — трехфазная обмотка статора;

б — вращение МДС; в — модель магнитного поля статора;

1-4 — обмотка фазы А; 3-6 — обмотка фазы В;

5—2 — обмотка фазы С (первая цифра — начало обмотки)

в фазной обмотке принимается направление тока от начала обмотки к ее концу и обозначается х, а, следовательно, отрицательное направление тока в обмотке соответствует направлению тока от конца к началу и обозначается •. Затем в соответствии с указанными на рис. 5, б направлениями токов определяем (по правилу буравчика) направление вектора МДС трехфазной обмотки статора (вектор Fmнаправлен вниз).

В момент времени t1т.е. через (1/3) Т, ток в фазе В равен нулю, в фазе А имеет положительное, а в фазе С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные моменту времени t0, заметим, что вектор МДС обмотки статора Fmпо сравнению с его положением в момент вре­мени t0повернулся на 120° в направлении движения часовой стрелки.

Проведя аналогичные построения вектора МДС обмотки статора для момента t2и t3, видим, что каждый раз при переходе от одного момента времени к другому вектор Fmповорачивается на 120°, а за один период изменения токов в обмотках (с t0до t3) делает полный оборот (360°) и будет, таким образом, вращающимся. Вращающаяся МДС создает враща­ющееся магнитное поле, эквивалентное полю магнита N — S с индукци­ей Во (рис.5, в). Это поле вращается с синхронной частотойn0кото­рая пропорциональна частоте переменного токаfи обратно пропорцио­нальна числу пар полюсов обмоток статора р, т.е.

,

Зависимость n0 от р и f представлена в табл.5.2.

Таблица 5.2

f = 50 Гц

Р

1

2

3

4

5

6

n0, об/мин

3000

1500

1000

750

600

500

р=1

f. ГЦ

50

100

200

400

500

1000

Круговое вращающееся магнитное поле характеризуется тем, что пространственный вектор магнитной индукции этого поля Во вра­щается равномерно (n0= const).

При необходимости изменить направление вращения магнитного поля статора нужно по­менять порядок следования токов в фазных обмотках статора, для чего переключают фазы на зажимах двигателя (рис.5.6).

Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Асинхронный двигатель

Содержание:

Среди устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, несомненным лидером является трехфазный асинхронный двигатель – простой и надежный в эксплуатации агрегат. Благодаря своим качествам, он получил широкое применение в промышленности и других областях, где используются механизмы. Название двигателя связано с основным принципом его работы. У этих устройств магнитное поле статора вращается с частотой, превышающей частоту вращения ротора. Работа агрегата осуществляется от сети переменного тока.

Где применяются

Асинхронные двигатели активно используются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они потребляют примерно 70% всей энергии, предназначенной для преобразования электричества во вращательное или поступательное движение. Асинхронные двигатели зарекомендовали себя наиболее эффективными в качестве электрической тяги, без которой не обходятся многие технологические операции.

Асинхронные двигатели обладают множеством положительных качеств. Простая конструкция позволяет изготавливать наиболее дешевые и надежные устройства. Минимальные расходы по эксплуатации обеспечиваются отсутствием скользящего узла токосъема, что одновременно повышает и надежность агрегата.

Данный тип электродвигателей может быть трехфазным или однофазным, в зависимости от количества питающих фаз. В случае необходимости и при соблюдении определенных условий, трехфазный агрегат может питаться и работать от однофазной сети. Эти устройства применяются не только в промышленности, но и в бытовых условиях, а также на садовых участках или домашних мастерских. Однофазные двигатели обеспечивают работу и вращение вентиляторов, стиральных машин, небольших станков, водяных насосов и электроинструмента.

Для нормального действия асинхронного агрегата необходимо выбирать наиболее рациональную схему управления. Трехфазный двигатель будет работать в однофазном режиме при условии правильного расчета конденсаторов, выбора типа и сечения проводов, аппаратуры защиты и управления.

Устройство асинхронного двигателя

Понятие асинхронный означает не совпадающий по времени, неодновременный. В связи с этим, ротор такого двигателя вращается с частотой, меньшей чем частота вращения электромагнитного поля статора.

Подобное отставание называется скольжением и обозначается символом S в формуле, применяемой для расчетов:

  • S = (n1 – n2)/n1 – 100%, где n1 является синхронной частотой магнитного поля статора, а n2 – частотой вращения вала.

Конструктивно, стандартный асинхронный электродвигатель включает в себя следующие элементы и детали:

  • Статор с обмотками. Эту функцию также может выполнять станина, внутри которой помещается статор с обмотками.
  • Короткозамкнутый ротор. Если используется фазный – он может называться якорем или коллектором.
  • Подшипники различного типа – качения или скольжения. На двигателях повышенной мощности в передней части установлены крышки для подшипников с уплотнениями.
  • Металлический или пластмассовый охлаждающий вентилятор, помещенный в кожух с прорезями для подачи воздуха.
  • Подключение кабелей осуществляется с помощью клеммной коробки.

Данные конструктивные элементы могут незначительно изменяться, в зависимости от модификации электродвигателя.

Как уже отмечалось, асинхронные двигатели бывают трехфазными или однофазными. Первый вариант, в свою очередь, выпускается с короткозамкнутым или фазным ротором. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Статор обладает круглой формой и собирается из специальных стальных листов, изолированных между собой. В результате, конструктивно образуется сердечник с пазами, в которые укладываются обмотки. Для этих целей используется обмоточный медный провод, изолированный лаком. В мощных агрегатах обмотки делаются в виде шины. При укладке они сдвигаются между собой на 120 градусов. Соединение осуществляется по схеме звезды или треугольника.

Конструкция самого короткозамкнутого ротора изготавливается в виде вала с надетыми на него стальными листами. Этот набор листов образует сердечник с пазами, заливаемые расплавленным алюминием. Равномерно растекаясь по пазам, алюминий образует стержни, края которых замыкают алюминиевые кольца.

Фазный ротор состоит из вала с сердечником и трех обмоток. С одного конца они соединяются звездой, а с другого – соединяются с токосъемными кольцами, на которые с помощью щеток подается электрический ток. Во время запуска образуется большой пусковой ток асинхронного двигателя. Его можно уменьшить путем добавления к фазным обмоткам нагрузочного реостата.

Принцип работы

Устройство и конструктивные особенности асинхронного двигателя определяют и принцип действия данного агрегата. Когда на обмотку статора подается напряжение, в ней образуется магнитное поле. Такая подача напряжения приводит к изменениям магнитного потока и всего магнитного поля статора. Измененные магнитные потоки поступают к ротору, приводят его в действие, после чего он начинает вращаться. Для того чтобы статор и ротор работали асинхронно, требуется, чтобы значения напряжения и магнитного потока были равны переменному току, используемому в качестве источника питания.

Сам двигатель работает следующим образом:

  • Вращающееся магнитное поле воздействует на короткозамкнутую обмотку, специально приспособленную для вращения.
  • Поле пересекает проводники роторной обмотки, индуктируя в них электродвижущую силу.
  • Под воздействием силы в проводниках ротора начнется течение электрического тока, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем. Это приводит к появлению электромагнитных сил, воздействующих на обмотку ротора.
  • В сумме, действия приложенных сил вызывают появление вращающего момента, приводящего во вращение ротор в направлении магнитного поля.

Величина индуктированной ЭДС зависит от частоты пересечения проводников вращающимся магнитным полем. То есть, чем выше разница между n1 и n2, тем больше будет величина ЭДС. Ротор будет вращаться с частотой n2, которая всегда будет отставать от синхронной частоты поля статора n1. Эта разница между обеими частотами и будет частотой скольжения ∆n= n1- n2. Данное неравенство является необходимым условием появления электромагнитного вращающегося момента в асинхронном двигателе. Поэтому агрегат так и называется, поскольку вращение ротора происходит несинхронно с полем статора.

Что такое скольжение

Понятие скольжения представляет собой отношение частоты вращения к частоте поля. Данная величина S берется в процентном отношении от частоты вращения магнитного поля. В соответствии с формулой, рассмотренной ранее, частота вращения ротора, определяемая с помощью скольжения составит: n2 = n1 x (1 – S).

Ротор асинхронного двигателя вращается в том же направлении, что и его магнитное поле. В свою очередь, направление вращения поля зависит от последовательности фаз трехфазной сети. Изменить направление вращения ротора возможно за счет изменения направления вращения поля, создаваемого статором. В этом случае изменяется порядок поступления импульсов тока к отдельным обмоткам. В случае необходимости может быть задано вращение по часовой или против часовой стрелки.

Важным моментом считается пуск асинхронного двигателя, при котором происходит пересечение обмотки ротора вращающимся магнитным полем. В результате, индуктируется большая ЭДС, создающая высокий пусковой ток. Подобное состояние компенсируется специальной нагрузкой, снижающей скорость вращения ротора.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Всем привет. Рад вас видеть у себя на сайте. Тема сегодняшней статьи: устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей. Так же я бы хотел немного сказать о способах регулировки их частоты вращения, и перечислить их основные преимущества и недостатки.

Раньше, я уже писал статьи, касающиеся асинхронных электродвигателей. Если кому интересно, то можете почитать. Вот список:

Схема пуска асинхронного двигателя.

Расчёт тока электродвигателя.

Реверсивное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Ну а теперь давайте перейдём к теме сегодняшней статьи.

В нынешнее время, очень трудно представить, как бы существовали все промышленные предприятия, если бы не было асинхронных машин. Эти двигателя установлены практически везде. Даже дома у каждого человека есть такой двигатель. Он может стоять на вашей стиральной машинке, на вентиляторе, на насосной станции, в вытяжке и так далее.

Вообще асинхронный электродвигатель – это колоссальный прорыв в мировой промышленности. Во всём мире их выпускают более 90 процентов от количества всех выпускаемых двигателей.

Асинхронный электродвигатель – это электрическая машина, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую. То есть потребляет электрический ток, а взамен дают крутящий момент, с помощью которого можно вращать многие агрегаты.

А само слово «асинхронный» — означает неодновременных или не совпадающий по времени. Потому что у таких двигателей частота вращения ротора немного отстаёт от частоты вращения электромагнитного поля статора. Ещё это отставанием называют – скольжением.

Обозначается это скольжение буквой: S

А вычисляется скольжение по такой формуле: S = ( n1 — n2 )/ n1 — 100%

Где, n1 – это синхронная частота магнитного поля статора;

n2 – это частота вращения вала.

Устройство асинхронного электродвигателя.

Двигатель состоит из таких частей:

1. Статор с обмотками. Или станина внутри которой находится статор с обмотками.

2. Ротор. Это если короткозамкнутый. А если фазный, то можно сказать, что это якорь или даже коллектор. Я думаю, ошибки не будет.

3. Подшипниковые щиты. На мощных двигателях ещё спереди стоят подшипниковые крышки с уплотнителями.

4. Подшипники. Могут стоять скольжения или качения, в зависимости от исполнения.

5. Вентилятор охлаждения. Изготавливается из пластмассы или металла.

6. Кожух вентилятора. Имеет прорези для подачи воздуха.

7. Борно или клеммная коробка. Для подключения кабелей.

Это все его основные детали, но в зависимости от вида, типа и исполнения может немного изменяться.

Асинхронные электродвигателя в основном выпускают двух видов: трёхфазные и однофазные. В свою очередь трёхфазные ещё подразделяются на подвиды: с короткозамкнутым ротором или фазным ротором.

Самые распространённые – это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.

Статор имеет круглую форму и набирается с листов специальной стали, которые изолированы между собой, и эта собранная конструкция образует сердечник с пазами. В пазы сердечника укладываются обмотки, со специального обмоточного, изолированного лаком провода. Провод это отливают в основном из меди, но также есть и с алюминия. Если двигатель очень мощный, то обмотки делаю шиной. Обмотки укладывают так, чтобы они были сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Соединяются обмотки статора в звезду или в треугольник.

Ротор, как выше я уже писал выше, бывает короткозамкнутый или фазный.

Короткозамкнутый представляет собой вал, на который надеваются листы, из тоже специальной, стали. Эти наборные листы образую сердечник, в пазы которого заливают расплавленный алюминий. Этот алюминий равномерно растекается по пазам и образует стержни. А по краям эти стержни замыкают алюминиевыми кольцами. Получается своего рода «беличья клетка».

Фазный ротор представляет собой вал с сердечником и тремя обмотками. Одни концы, которых обычно соединяют в звезду, а вторые три конца присоединяют к токосъемным кольцам. А на эти кольца, с помощью щёток подают электрический ток.

Если в цепь фазных обмоток добавить нагрузочный реостат, и при пуске двигателя увеличивать активное сопротивление, то таким способ можно уменьшить большие пусковые токи.

Принцип действия.

Когда на обмотки статора подаются электрический ток, то в этих обмотках возникает электрический поток. Как вы помните, из выше написанных слов, фазы у нас смещены относительно друг друга на 120 градусов. И вот этот поток в обмотках начинает вращаться.

И при вращении магнитного потока статора, в обмотках ротора появляется электрический ток, и своё магнитное поле. Два этих магнитных поля начинают взаимодействовать и заставляют вращаться ротор электродвигателя. Это если ротор короткозамкнутый.

По принципу роботы вот посмотрите видео ролик.

Ну а с фазным ротором, по сути, принцип тот же. Напряжение подаётся на статор и на ротор. Появляются два магнитных поля, которые начинают взаимодействовать и вращать ротор.

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

1. Очень простое устройство, что позволяет сократить затраты на его изготовление.

2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

3. Очень простая схема запуска.

4. Скорость вращения вала практически не меняется с увеличением нагрузки.

5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

Недостатки:

1. Не возможности контролировать частоту вращения ротора без потери мощности.

2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

3. Пусковой момент очень мал по сравнению с другими машинами.

4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

5. Высокие показатели пусковых токов.

Достоинства двигателей с фазным ротором:

1. По сравнению с короткозамкнутыми двигателями, имеет достаточно большой вращающий момент. Что позволяет его запускать под нагрузкой.

2. Может работать с небольшим перегрузом, и при этом частота вращения вала практически не меняется.

3. Небольшой пусковой ток.

4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

Недостатки:

1. Большие габариты.

2. Показатели КПД и cos φ меньше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором. И при недогрузе эти показатели имеют минимальное значение

3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

На этом буду заканчивать свою статью. Если она была вам полезной, то поделитесь нею со своими друзьями в социальных сетях. Если есть вопросы, то задавайте их в комментариях и подписывайтесь на обновления. Пока.

С уважением Александр!

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Немало техники — бытовой, строительной, производственной имеют двигатели. Если задаться целью и проверить тип мотора, в 90% окажется, что стоит асинхронный двигатель. Это обусловлено простотой конструкции, высоким КПД, отсутствием электрического контакта с движущейся частью (в моделях с короткозамкнутым ротором). В общем, причин достаточно. 

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Любой электродвигатель — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Электрический двигатель состоит из неподвижной (статор) и подвижной части (ротор). Строение статора таково, что он имеет вид полого цилиндра, внутри которого имеется обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть — ротор. Он также имеет вид цилиндра, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается из-за наводимых магнитным полем статора токов. По способу вращения двигатели делят на синхронные и асинхронные.

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель отличается тем, что частота вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором, у него неравны. То есть, ротор вращается несинхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, в рабочем режиме скорость его вращения меньше. Второе название этого типа двигателей — индукционные. Это название связано с тем, что движение происходит за счёт наводимых на нём токов индукции.

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

Коротко описать принцип работы асинхронного двигателя можно так. При включении мотора на обмотки статора подаётся ток, из-за чего возникает переменное магнитное поле. В область действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться вслед за переменным полем статора.

Статор

Статор асинхронного двигателя состоит из трёх частей: корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит в качестве опоры для электродвигателя. Изготавливают его из стали или чугуна, сваркой или литьём. К прочности корпуса предъявляются высокие требования, так как при работе возникают вибрации в результате которых может сместиться ротор, что приведёт к заклиниванию мотора и выходу его из строя.

Статор асинхронного двигателя

Есть и ещё одно требование — геометрия корпуса должна быть идеальной. Между обмоткой статора и ротором зазор делают в несколько миллиметров, так что малейшие отклонения могут быть критичны.

Сердечник статора

Сердечник статора асинхронного электродвигателя изготавливают из наборных металлических пластин. Так как сердечник является магнитопроводом, металл используется магнитная электротехническая сталь. Для уменьшения потерь из-за вихревых потоков сердечник набирается из пластин, покрытых слоем диэлектрика (лак).

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

Толщина одной пластины — 0,35-0,5 мм. Они собираются в единый пакет, так чтобы пазы всех пластин совпадали. В эти пазы затем укладываются витки обмотки.

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Статор асинхронного электромотора чаще всего имеет трёхфазную обмотку возбуждения. Она называется так, потому что является причиной движения ротора. Обмотка статора состоит из катушек, навитых из медной проволоки которые укладываются в пазы сердечника. Каждая обмотка может состоять из нескольких витков проволоки или из одного витка. Провод используется специальный, с лаковым покрытием, которое изолирует витки друг от друга и от стенок сердечника.

Как уже говорили, чаще всего обмотка статора асинхронного двигателя имеет три фазы. В этом случае оси катушек расположены со сдвигом 120°. При таком строении магнитное поле имеет два полюса и делает один полный оборот за один цикл трёхфазного питания. При частоте в электросети равной 50 Гц, скорость вращения поля (и ротора) 50 об/сек или 3000 об/мин.

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

Для уменьшения скорости вращения ротора в асинхронном двигателе обмотку делают с большим количеством полюсов. Так с четырехполюсным стартером скорость вращения будет вдвое меньше — 1500 об/мин. Обмотка с шестью полюсами статора даёт втрое меньшую скорость — 1000 об/мин. С восемью полюсами — в четыре раза меньше, т. е. 750 об/мин. Ещё более «медленные» электромоторы делают очень редко.

Концы обмоток статора выводятся на клеммную коробку корпуса. Тут они могут соединяться по принципу «звезда» или «треугольник» в зависимости от типа подаваемого питания (220 В или 380 В).

Ротор

Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух видов: короткозамкнутым и фазным. Чаще всего встречаются машины с короткозамкнутым ротором. Их преимущество в простоте конструкция и несложной технологии изготовления. Что еще важно, в таких моторах отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это повышает долговечность, делает обслуживание более редким и простым.

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

Асинхронные электромоторы с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Но они позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных устройств, со старта имеют высокий крутящий момент. Так что приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировки скорости вращения.

Устройство короткозамкнутого ротора

Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне эта конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют короткозамкнутую обмотку ротора.

Устройство короткозамкнутого ротора

Изначально и стержни, и замыкающие кольца изготавливались из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт делают из алюминиевых стержней, с алюминиевыми же замыкающими дисками. Расстояние между стержнями заливается снова-таки алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.

Так как при работе выделяется значительное количество тепла, для охлаждения перемычки «беличьего колеса» делают с дополнительными вентиляционными лопатками. Так во время работы происходит самоохлаждение. Оно работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

Ротор устанавливается в статор, концы вала фиксируются при помощи крышек с вмонтированными подшипниками. Это двигатель без щеток (безщеточный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть мотора начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Оно возникает после подачи питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и предметы, которые находятся в его поле. Простая и надёжная конструкция, которая обусловила популярность электрических двигателей этого типа.

Как сделан фазный ротор

Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же наборные кольца с пазами под укладку медных катушек. Количество обмоток ротора три, соединены они обычно «звездой».

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Концы роторных обмоток крепят к контактным кольцам из меди. Эти кольца жёстко закреплены на валу. Кроме того, они обязательно изолированы между собой, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Так как наличие колец отличительная черта этого типа движков, иногда их называют кольцевыми.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Для фиксации ротора к корпусу статора делают две крышки с подшипниками. На одной из крышек закрепляются щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счёт чего имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя его сопротивление, меняем напряжение, а с ним и скорость вращения.

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Несмотря на то что двигатели с фазовым ротором лучше стартуют, позволяют в процессе работы плавно менять скорость при помощи обычного реостата, чаще применяется моторы короткозамкнутого типа. В этой конструкции отсутствуют щетки, которые выходят из строя первыми. Кроме того, более простое устройство подвижной части снижает стоимость двигателя, агрегат служит дольше, уход и техобслуживание проще.

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

Тем не менее стоит более подробно ознакомиться с достоинствами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, достоинства короткозамкнутого асинхронного двигателя:

  • Простая конструкция.
  • Лёгкое обслуживание.
  • Более высокий КПД.
  • Нет искрообразования.

Недостатки:

Из-за высокого пускового тока прямое включение допускается для двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют пускорегулирующей аппаратуры. Обычно используют частотный преобразователь, который плавно увеличивает ток, обеспечивая плавный старт без перегрузок.

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

  • Быстрый и беспроблемный старт.
  • Позволяет менять скорость в процессе работы.
  • Прямое подключение возможно, практически без ограничения мощности.

Недостатки тоже есть: наличие щёток, возможность искрения, сложное и частое обслуживание.

Как регулируется частота вращения

Как уже писали, частота вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость. Но это не только так можно регулировать скорость вращения. Она еще зависит от напряжения и частоты питания.

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частоту регулируют поставив частотный преобразователь. Частотник — более выгодное решение, так как он ещё и снижает стартовые токи и может быть программируемым.

Однофазный асинхронный двигатель

Выше рассматривался трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном двигателе их две. Одна рабочая, вторая вспомогательная. Вспомогательная нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротору. Потому может называться ещё пусковой или стартовой.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (стартовую или пусковую)

Когда в статоре включена одна обмотка, она создаёт два равных магнитных поля, вращающихся в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет какое-то начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте? Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленные в разные стороны. Так что с их помощью заставить вращаться ротор невозможно. В простейшем варианте вращение задаётся вручную — механически. Затем вращение подхватывает поле.

Чтобы автоматизировать запуск однофазного асинхронного двигателя и сделана вспомогательная обмотка. Она сконструирована так, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает вторую. Соответственно, одна из составляющих перевешивает, задавая вращение ротора. Затем стартовая обмотка отключается, вращение поддерживает основная.

Принцип действия асинхронного двигателя — Asutpp

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Предлагаем рассмотреть принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, трехфазного и однофазного типа, а также его конструкцию и схемы подключения.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора – роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Конструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

  1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
  2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
  3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = Uс I2 = U2 I2 / sin2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Конструкция простой формы.
  2. Низкая стоимость производства.
  3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
  4. Не прихотлив в эксплуатации.
  5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
  2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
  3. Относительно небольшой пусковой момент.

Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :

Из всего спектра выпускаемых в настоящее время электрических моторов наибольшее распространение получил двигатель асинхронный трёхфазный. Практически половина производимой в мире электроэнергии используется именно этими машинами. Они широко применяются в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности. Асинхронный двигатель незаменим на фабриках и насосных станциях. Без таких машин не обойтись и в быту, где они используются и в другой домашней технике, и в ручном электроинструменте.

Область применения этих электрических машин расширяется с каждым днём, так как совершенствуются и сами модели, и используемые для их изготовления материалы.

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

1. Статор.

2. Ротор.

Одна из важнейших деталей — статор. На фото сверху эта часть двигателя расположена слева. Он состоит из следующих основных элементов:

1. Корпус. Он необходим для соединения всех деталей машины. Если двигатель небольшой, то корпус изготавливают цельнолитым. В качестве материала используют чугун. Применяются также сталь или сплавы алюминия. Иногда корпус малых двигателей совмещает функции сердечника. Если же двигатель имеет большие размеры и мощность, то корпус сваривают из отдельных частей.

2. Сердечник. Этот элемент двигателя запрессовывается в корпус. Служит он для улучшения качеств магнитной индукции. Выполняется сердечник из пластин электрической стали. Для того чтобы снизить потери, неизбежные при появлении вихревых токов, каждая пластина покрывается слоем специального лака.

3. Обмотка. Она размещается в пазах сердечника. Состоит из витков медной проволоки, которые собираются в секции. Соединённые в определённой последовательности, они образуют три катушки, которые в совокупности являются обмоткой статора. Подключается она непосредственно к сети, поэтому называется первичной.

Ротор — это подвижная часть двигателя. На фото он находится справа. Служит он для преобразования силы магнитных полей в механическую энергию. Состоит ротор асинхронного двигателя из следующих деталей:

1. Вал. На хвостовиках его закреплены подшипники. Они запрессовываются в щиты, крепящиеся болтами к торцовым стенкам коробки статора.

2. Сердечник, который собирается на валу. Состоит из пластин специальной стали, обладающей таким ценным свойством, как низкое сопротивление магнитным полям. Сердечник, обладая формой цилиндра, и является основой для укладки обмотки якоря. Роторная, или, как её ещё называют, вторичная обмотка получает энергию благодаря магнитному полю, которое появилось вокруг катушек статора при прохождении по ним электрического тока.

Двигатели по типу изготовления подвижной части

Различают двигатели:

1. Имеющие короткозамкнутую обмотку ротора. Один из вариантов исполнения этой детали показан на рисунке.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет обмотку, сделанную из алюминиевых стержней, которые располагаются в пазах сердечника. В торцевой части они замкнуты кольцами накоротко.

2. Электродвигатели, имеющие ротор, изготовленный с контактными кольцами.

У обоих типов асинхронных двигателей конструкция статора одинаковая. Различаются они только исполнением якоря.

Каков же принцип работы

Якорь трёхфазного асинхронного двигателя, исполненный подобным образом, приводится во вращение благодаря эффекту возникновения переменного магнитного поля в статорных катушках. Чтобы понять, каким образом это происходит, необходимо вспомнить физический закон самоиндукции. Он гласит, что вокруг проводника, по которому проходит поток заряженных частиц, возникает магнитное поле. Величина его будет прямо пропорциональна индуктивности провода и интенсивности протекающего в нём потока заряженных частиц. Кроме того, это магнитное поле формирует силу с определённой направленностью. Именно она нас и интересует, так как является причиной вращения ротора. Для эффективной работы двигателя необходимо иметь мощный магнитный поток. Создаётся он благодаря специальному способу монтажа первичной обмотки.

Известно, что источник питания имеет переменное напряжение. Следовательно, магнитное поле вокруг статора будет иметь такую же характеристику, напрямую зависящую от изменения тока в подающей сети. Примечательно то, что каждая фаза смещена одна относительно другой на 120˚.

Что происходит в обмотке статора

Каждая фаза сети питания подключается к соответствующей катушке статора, поэтому возникающее вокруг них магнитное поле будет смещено на 120˚. Источник питания имеет переменное напряжение, следовательно, вокруг катушек статора, которыми располагает асинхронный двигатель, будет возникать переменное магнитное поле. Схема асинхронного двигателя собирается так, чтобы магнитное поле, возникающее вокруг катушек статора, постепенно изменялось и последовательно переходило от одной обмотки к другой. Таким образом создаётся эффект вращающегося магнитного поля. Можно вычислить его частоту вращения. Измеряться она будет в оборотах за минуту. Определяется по формуле: n=60f/p, где f — это частота переменного тока в подключенной сети (Гц), p — соответствует числу пар полюсов, смонтированных на статоре.

Как работает ротор

Теперь необходимо рассмотреть, какие процессы возникают во вторичной обмотке. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет конструкционную особенность. Дело в том, что к его якорной обмотке напряжение не подводится. Оно там возникает благодаря магнитоиндукционной связи с первичной обмоткой. Поэтому и происходит процесс, обратный тому, что наблюдался в статоре, в соответствии с законом, который гласит, что при пересечении проводника, а в нашем случае это короткозамкнутая обмотка ротора, магнитным потоком в нём возникает электрический ток. Откуда берётся магнитное поле? Оно возникло вокруг первичной катушки при подключении трёхфазного источника питания.

Соединим статор и ротор. Что получится?

Таким образом, имеем асинхронный короткозамкнутый двигатель с ротором, в обмотке которого проходит электрический ток. Он и будет причиной возникновения магнитного поля вокруг якорной обмотки. Однако полярность этого потока будет отличаться от созданного статором. Соответственно, и сила, образуемая им, будет вступать в противодействие с той, которая вызвана магнитным полем первичной обмотки. Это и приведёт в движение ротор, так как на нём собрана вторичная катушка, и хвостовики вала якоря закреплены в корпусе двигателя на подшипниках.

Рассмотрим ситуацию взаимодействия сил, возникающих от магнитных полей статора и ротора, с течением времени. Знаем, что магнитное поле первичной обмотки вращается и обладает определённой частотой. Созданная им сила будет перемещаться, имея аналогичную скорость. Это заставит асинхронный двигатель заработать. И его ротор будет свободно вращаться вокруг оси.

Эффект скольжения

Ситуация, когда силовые потоки ротора как бы отталкиваются от вращающегося магнитного поля статора, получила название скольжения. Следует отметить, что частота асинхронного двигателя (n1) всегда меньше той, с которой перемещается магнитное поле статора. Объяснить это можно так. Чтобы в роторной обмотке возник ток, она должна быть пересечена магнитным потоком с определённой угловой скоростью. И поэтому справедливо утверждение, что скорость вращения вала больше либо равна нулю, но меньше интенсивности перемещения магнитного поля статора. Ротор имеет частоту вращения, зависящую от силы трения в подшипниках, а также от величины отбора мощности с вала ротора. Поэтому он как бы отстаёт от магнитного поля статора. Именно из-за этого частота называется асинхронной.

Таким образом, электроэнергия питающего источника преобразовалась в кинетическую энергию вращающегося вала. Скорость его вращения прямо пропорциональна частоте тока питающей сети и количеству пар полюсов статора. Для увеличения частоты вращения якоря можно использовать частотные преобразователи. Однако работа этих устройств должна быть согласована с количеством пар полюсов.

Как подключить двигатель к источнику питания

Чтобы осуществить пуск асинхронного двигателя, его необходимо подключить к сети трёхфазного тока. Схема асинхронного двигателя собирается двумя способами. На рисунке показана схема соединения выводов двигателя, в которой статорные обмотки собраны способом «звезда».

На этом рисунке изображён другой способ соединения, именуемый «треугольник». Собираются схемы в клеммной коробке, закреплённой на корпусе.

Следует знать, что начала каждой из трёх катушек, их ещё называют обмотками фаз, именуются С1, С2, С3 соответственно. Аналогично подписываются концы, которые имеют названия С4, С5, С6. Если в клеммной коробке нет маркировки выводов, то начала и концы придётся определить самостоятельно.

Как сделать реверс

При возникновении потребности осуществить пуск асинхронного двигателя, изменив направление вращения якоря, надо просто поменять местами два провода подключаемого источника трехфазного напряжения.

Однофазный асинхронных двигателей

В быту проблематично использовать трёхфазные двигатели из-за отсутствия требуемого источника напряжения. Поэтому существует однофазный асинхронный двигатель. Он также имеет статор, но с существенным конструкционным отличием. Оно заключается в количестве и способе расположения обмоток. Это определяет и схему запуска машины.

Если однофазный асинхронный двигатель имеет статор с двумя обмотками, то расположены они будут со смещением по окружности под углом в 90˚. Катушки называются пусковой и рабочей. Соединяются они параллельно, но, чтобы создать условия для появления вращающееся магнитного поля, дополнительно вводится активное сопротивление или конденсатор. Это создаёт сдвиг фаз токов обмоток, близкий к 90˚, благодаря чему создаётся условие для образования вращающегося магнитного поля.

Если статор имеет только одну катушку, то подключённый к ней однофазный источник питания будет причиной пульсирующего магнитного поля. В замкнутой накоротко обмотке ротора появится переменный ток. Он станет причиной возникновения своего магнитного потока. Результирующая двух образовавшихся сил будет равна нулю. Поэтому для запуска двигателя, имеющего такую конструкцию, требуется дополнительный толчок. Создать его можно, подключив конденсаторную схему пуска.

Подключить двигатель к однофазной цепи

Изготовленный для работы от трёхфазного источника питания электромотор может работать и от домашней однофазной сети, но при этом существенно снизятся его характеристики, такие как КПД, коэффициент мощности. Кроме того, снизятся мощность и пусковые показатели.

Если же без подключения не обойтись, то требуется из трёх обмоток статора собрать схему, где их будет только две. Одна рабочая, а другая пусковая. Например, есть три катушки с началами С1, С2, С3 и концами С4, С5, С6 соответственно. Для создания первой (рабочей) обмотки двигателя объединяем концы С5 и С6, а их начала С3 и С2 подключаем к источнику однофазного тока, например, бытовой сети 220 вольт. Роль второй, пусковой обмотки, будет выполнять оставшаяся незадействованная катушка стартера. Она подключается к источнику питания через конденсатор, соединённый с ней последовательно.

Параметры асинхронного двигателя

При подборе таких машин, а также при дальнейшей их эксплуатации необходимо учитывать характеристики асинхронного двигателя. Они бывают энергетические — это коэффициент полезного действия, коэффициент мощности. Важно учитывать и механические показатели. Основным из них считается зависимость между скоростью вращения вала и рабочим усилием, прикладываемым к нему. Существуют ещё пусковые характеристики. Они определяют пусковой, минимальный и максимальный моменты и их соотношение. Важно также знать, каков пусковой ток асинхронного двигателя. Для наиболее эффективного использования двигателя необходимо учитывать все эти параметры.

Нельзя оставить без внимания вопрос энергосбережения. В последнее время он рассматривается не только с позиции уменьшения эксплуатационных затрат. Экономичность электродвигателей снижает уровень экологических проблем, связанных с производством электроэнергии.

Перед производителями постоянно ставятся задачи разработки и выпуска энергосберегающих двигателей, повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения шумового уровня.

Улучшить энергосберегающие показатели можно путём снижения потерь при эксплуатации. А они напрямую зависят от рабочей температуры машины. Кроме того, совершенствование этой характеристики неизбежно приведёт к увеличению срока эксплуатации двигателя.

Снизить температуру обмоток можно, применяя вентилятор наружного обдува, закреплённый на хвостовике вала ротора. Но это приводит к неизбежному повышению шума, производимого двигателем при работе. Особенно ощутим этот показатель при высокой скорости вращения ротора.

Таким образом, видно, что асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток. Он не способен поддерживать постоянную частоту вращения вала при возрастающих нагрузках. Зато такой двигатель имеет множество преимуществ по сравнению с образцами электродвигателей других конструкций.

Во-первых, он имеет надёжную конструкцию. Работа асинхронного двигателя не вызывает никаких сложностей при его использовании.

Во-вторых, асинхронный двигатель экономичен в производстве и эксплуатации.

В-третьих, эта машина универсальна. Имеется возможность её использования в любых устройствах, которые не требуют точного поддержания частоты вращения вала якоря.

В-четвёртых, двигатель с асинхронным принципом действия востребован и в быту, получая питание только от одной фазы.

Устройство, принцип работы и подключения электродвигателей переменного тока | Полезные статьи

Электродвигатели переменного тока являются электротехническими устройствами, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Электромоторы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности для привода всевозможных станков и механизмов. Без такого оборудования невозможна работа стиральных машин, холодильников, соковыжималок, кухонных комбайнов, вентиляторов и других бытовых приборов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные электромоторы переменного тока наиболее часто применяются в промышленности.

Асинхронный двигатель с креплением к фланцу

Стоит рассмотреть устройство электродвигателя переменного тока асинхронного.

Данный вид электромоторов состоит из главных частей — статора и ротора. В современных асинхронных электромоторах статор имеет неявно выраженные полюсы.

Для того чтобы максимально снизить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из соответствующей толщины листов электротехнической стали, подвергшихся штамповке. В пазы статора впрессовывается обмотка из медного провода. Фазовые обмотки статора устройства могут соединяться «звездой» или «треугольником». При этом все начала и концы впрессованных обмоток электромотора выводятся на корпус — в клеммную коробку. Подобное устройство статора электродвигателя оправданно, так как дает возможность включать его обмотки на различные стандартные напряжения. Сердечник статора запрессовывается в чугунный или алюминиевый корпус.

Устройство асинхронного электродвигателя

Ротор асинхронного мотора также состоит из подвергшихся штамповке листов электротехнической стали, и во все его пазы закладывается обмотка.

Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотку короткозамкнутого ротора, сделанную из медных стержней, закладывают в пазы ротора. При этом все торцы стержней соединяют при помощи медного кольца. Данный вариант обмотки считается обмоткой типа «беличья клетка». Стоит отметить, что медные стержни в пазах ротора не изолируются. Во многих асинхронных электромоторах «беличью клетку» сменяют литым ротором. Ротор напрессовывается на вал двигателя и является с ним одним целым.

Синхронные электродвигатели устанавливаются в различных электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах. На корпусе синхронного электромотора переменного тока имеется сердечник полюса, в котором расположены обмотки. Обмотки возбуждения намотаны и на якорь. Их выводы припаяны ко всем секторам токосъемного коллектора, на которые при использовании графитовых щеток подается напряжение.

Устройство синхронного электродвигателя

Принцип действия электродвигателя переменного тока основан на применении закона электромагнитной индукции. При взаимодействии переменного электрического тока в проводнике и магните может возникнуть непрерывное вращение.

В синхронном электродвигателе якорь вращается синхронно с электромагнитным полем полюса, а у асинхронного электромотора ротор вращается с отставанием от вращающегося магнитного поля статора.

Для работы асинхронного электромотора необходимо, чтобы ротор устройства вращался в более медленном темпе, чем электромагнитное поле статора. При подаче тока на обмотку статора между сердечником статора и ротора возникает электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе. Возникает вращающийся момент, и вал электродвигателя начинает вращаться. Из-за трения подшипников или определенной нагрузки на вал, ротор асинхронного двигателя всегда вращается в более медленном темпе.

Принцип работы электродвигателя переменного тока асинхронного заключается в том, что магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе постоянно меняется.

Скорость вращения ротора электромотора асинхронного зависит от общего количества полюсов. Для того чтобы понизить скорость вращения ротора в таком двигателе, требуется увеличить общее количество полюсов в статоре.

В синхронных электродвигателях вращающий момент в устройстве создается при взаимодействии между током в обмотке якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока одновременно меняется направление магнитного потока в корпусе и якоре. При таком варианте вращение якоря всегда будет в одну сторону. Примечательно, что плавная регулировка скорости вращения таких электромоторов регулируется величиной подаваемого напряжения, при помощи реостата или переменного сопротивления.

В зависимости от напряжения сети фазные обмотки статора асинхронного электромотора могут подсоединяться в «звезду» или «треугольник». Схема электродвигателя переменного тока при подключении его в сеть с напряжением 220 Вольт обмотки соединяются в треугольник, а при подключении в сеть 380 Вольт — схема обмоток имеет вид звезды.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.  

Асинхронный двигатель: устройство, виды, принцип работы

Немало техники — бытовой, строительной, производственной имеют двигатели. Если задаться целью и проверить тип мотора, в 90% окажется, что стоит асинхронный двигатель. Это обусловлено простотой конструкции, высоким КПД, отсутствием электрического контакта с движущейся частью (в моделях с короткозамкнутым ротором). В общем, причин достаточно. 

Содержание статьи

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Любой электродвигатель — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Электрический двигатель состоит из неподвижной (статор) и подвижной части (ротор). Строение статора таково, что он имеет вид полого цилиндра, внутри которого имеется обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть — ротор. Он также имеет вид цилиндра, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается из-за наводимых магнитным полем статора токов. По способу вращения двигатели делят на синхронные и асинхронные.

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель отличается тем, что частота вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором, у него неравны. То есть, ротор вращается несинхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, в рабочем режиме скорость его вращения меньше. Второе название этого типа двигателей — индукционные. Это название связано с тем, что движение происходит за счёт наводимых на нём токов индукции.

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

Коротко описать принцип работы асинхронного двигателя можно так. При включении мотора на обмотки статора подаётся ток, из-за чего возникает переменное магнитное поле. В область действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться вслед за переменным полем статора.

Статор

Статор асинхронного двигателя состоит из трёх частей: корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит в качестве опоры для электродвигателя. Изготавливают его из стали или чугуна, сваркой или литьём. К прочности корпуса предъявляются высокие требования, так как при работе возникают вибрации в результате которых может сместиться ротор, что приведёт к заклиниванию мотора и выходу его из строя.

Статор асинхронного двигателя

Есть и ещё одно требование — геометрия корпуса должна быть идеальной. Между обмоткой статора и ротором зазор делают в несколько миллиметров, так что малейшие отклонения могут быть критичны.

Сердечник статора

Сердечник статора асинхронного электродвигателя изготавливают из наборных металлических пластин. Так как сердечник является магнитопроводом, металл используется магнитная электротехническая сталь. Для уменьшения потерь из-за вихревых потоков сердечник набирается из пластин, покрытых слоем диэлектрика (лак).

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

Толщина одной пластины — 0,35-0,5 мм. Они собираются в единый пакет, так чтобы пазы всех пластин совпадали. В эти пазы затем укладываются витки обмотки.

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Статор асинхронного электромотора чаще всего имеет трёхфазную обмотку возбуждения. Она называется так, потому что является причиной движения ротора. Обмотка статора состоит из катушек, навитых из медной проволоки которые укладываются в пазы сердечника. Каждая обмотка может состоять из нескольких витков проволоки или из одного витка. Провод используется специальный, с лаковым покрытием, которое изолирует витки друг от друга и от стенок сердечника.

Как уже говорили, чаще всего обмотка статора асинхронного двигателя имеет три фазы. В этом случае оси катушек расположены со сдвигом 120°. При таком строении магнитное поле имеет два полюса и делает один полный оборот за один цикл трёхфазного питания. При частоте в электросети равной 50 Гц, скорость вращения поля (и ротора) 50 об/сек или 3000 об/мин.

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

Для уменьшения скорости вращения ротора в асинхронном двигателе обмотку делают с большим количеством полюсов. Так с четырехполюсным стартером скорость вращения будет вдвое меньше — 1500 об/мин. Обмотка с шестью полюсами статора даёт втрое меньшую скорость — 1000 об/мин. С восемью полюсами — в четыре раза меньше, т. е. 750 об/мин. Ещё более «медленные» электромоторы делают очень редко.

Концы обмоток статора выводятся на клеммную коробку корпуса. Тут они могут соединяться по принципу «звезда» или «треугольник» в зависимости от типа подаваемого питания (220 В или 380 В).

Ротор

Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух видов: короткозамкнутым и фазным. Чаще всего встречаются машины с короткозамкнутым ротором. Их преимущество в простоте конструкция и несложной технологии изготовления. Что еще важно, в таких моторах отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это повышает долговечность, делает обслуживание более редким и простым.

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

Асинхронные электромоторы с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Но они позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных устройств, со старта имеют высокий крутящий момент. Так что приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировки скорости вращения.

Устройство короткозамкнутого ротора

Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне эта конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют короткозамкнутую обмотку ротора.

Устройство короткозамкнутого ротора

Изначально и стержни, и замыкающие кольца изготавливались из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт делают из алюминиевых стержней, с алюминиевыми же замыкающими дисками. Расстояние между стержнями заливается снова-таки алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.

Так как при работе выделяется значительное количество тепла, для охлаждения перемычки «беличьего колеса» делают с дополнительными вентиляционными лопатками. Так во время работы происходит самоохлаждение. Оно работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

Ротор устанавливается в статор, концы вала фиксируются при помощи крышек с вмонтированными подшипниками. Это двигатель без щеток (безщеточный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть мотора начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Оно возникает после подачи питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и предметы, которые находятся в его поле. Простая и надёжная конструкция, которая обусловила популярность электрических двигателей этого типа.

Как сделан фазный ротор

Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же наборные кольца с пазами под укладку медных катушек. Количество обмоток ротора три, соединены они обычно «звездой».

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Концы роторных обмоток крепят к контактным кольцам из меди. Эти кольца жёстко закреплены на валу. Кроме того, они обязательно изолированы между собой, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Так как наличие колец отличительная черта этого типа движков, иногда их называют кольцевыми.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Для фиксации ротора к корпусу статора делают две крышки с подшипниками. На одной из крышек закрепляются щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счёт чего имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя его сопротивление, меняем напряжение, а с ним и скорость вращения.

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Несмотря на то что двигатели с фазовым ротором лучше стартуют, позволяют в процессе работы плавно менять скорость при помощи обычного реостата, чаще применяется моторы короткозамкнутого типа. В этой конструкции отсутствуют щетки, которые выходят из строя первыми. Кроме того, более простое устройство подвижной части снижает стоимость двигателя, агрегат служит дольше, уход и техобслуживание проще.

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

Тем не менее стоит более подробно ознакомиться с достоинствами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, достоинства короткозамкнутого асинхронного двигателя:

  • Простая конструкция.
  • Лёгкое обслуживание.
  • Более высокий КПД.
  • Нет искрообразования.

Недостатки:

  • Малый пусковой крутящий момент.
  • Высокий пусковой ток (в 4-7 раз выше номинального).
  • Нет возможности регулировать скорость.

    Магнитное поле трехфазного статора толкает ротор

Из-за высокого пускового тока прямое включение допускается для двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют пускорегулирующей аппаратуры. Обычно используют частотный преобразователь, который плавно увеличивает ток, обеспечивая плавный старт без перегрузок.

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

  • Быстрый и беспроблемный старт.
  • Позволяет менять скорость в процессе работы.
  • Прямое подключение возможно, практически без ограничения мощности.

Недостатки тоже есть: наличие щёток, возможность искрения, сложное и частое обслуживание.

Как регулируется частота вращения

Как уже писали, частота вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость. Но это не только так можно регулировать скорость вращения. Она еще зависит от напряжения и частоты питания.

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частоту регулируют поставив частотный преобразователь. Частотник — более выгодное решение, так как он ещё и снижает стартовые токи и может быть программируемым.

Однофазный асинхронный двигатель

Выше рассматривался трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном двигателе их две. Одна рабочая, вторая вспомогательная. Вспомогательная нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротору. Потому может называться ещё пусковой или стартовой.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (стартовую или пусковую)

Когда в статоре включена одна обмотка, она создаёт два равных магнитных поля, вращающихся в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет какое-то начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте? Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленные в разные стороны. Так что с их помощью заставить вращаться ротор невозможно. В простейшем варианте вращение задаётся вручную — механически. Затем вращение подхватывает поле.

Чтобы автоматизировать запуск однофазного асинхронного двигателя и сделана вспомогательная обмотка. Она сконструирована так, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает вторую. Соответственно, одна из составляющих перевешивает, задавая вращение ротора. Затем стартовая обмотка отключается, вращение поддерживает основная.

Принцип действия машин переменного тока асинхронного двигателя



Асинхронный двигатель принцип работы

Среди разнообразия выпускаемых на сегодняшний день типов электрических моторов большое распространение получили асинхронные двигатели. Их мощность и эффективность обеспечивает использование в деревообрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности, в насосных агрегатах, на фабриках, в станках и ручном электрическом инструменте.

Асинхронный двигатель: что это

Асинхронный двигатель – это асинхронная электрическая машина, применяемая для преобразования электрической энергии в механическую. Асинхронный дословно означает неодновременный – здесь имеется в виду, что у асинхронного двигателя магнитное поле всегда имеет большую частоту вращения, чем ротор, который словно пытается его догнать. Работают эти машины от сетей с переменным током.

Любой асинхронный двигатель состоит из двух ключевых составляющих: ротора и статора. Эти части не контактируют между собой и отделены друг от друга воздушным зазором, в котором формируется подвижное магнитное поле.

Статор асинхронной машины состоит из следующих частей:

  1. Корпус. Служит для скрепления всех деталей мотора. Для двигателей небольшого размера, как правило, используют цельные литые корпусы из чугуна, стальных и алюминиевых сплавов.
  2. Сердечник или магнитопроводник. Собирается из пластин, для изготовления которых применяют специальную электрическую сталь. Запрессовывается в корпус и улучшает магнитно-индукционные качества машины. Каждая пластина сердечника покрывается особым лаком, позволяющим уменьшить потери при возникновении вихревых токов. В некоторых случаях устройство асинхронного двигателя предусматривает установку корпуса-сердечника, совмещающего в себе обе функции.
  3. Обмотки. Устанавливаются в пазы сердечника. Представляет собой три катушки из меднопроволочных секций, расположенные под углом в 120˚ относительно друг друга. Называется первичной, потому что подключается к сети напрямую.

Конструкция ротора состоит из основного блока с вентиляционной крыльчаткой, опирающегося на подшипники. Связь ротора с приводимым в движение механизмом обеспечивается с помощью прямого подключения, редукторов или других способов передачи механической энергии. В асинхронных двигателях используются два вида роторов:

  1. Массивный ротор – единая схема из прочного ферромагнитного соединения. Внутри неё индуцируются токи, и она же выполняет в конструкции роль магнитопровода.
  2. Короткозамкнутый ротор (изобретён великим русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским, как и весь трёхфазный ток) – система соединенных с помощью колец проводников, похожая по внешнему виду на беличье колесо. Внутри него индуцируются токи, чье электромагнитное поле вступает во взаимодействие с магнитным полем статора, в результате чего ротор приводится в движение.

Рекомендуем посмотреть это видео. Оно хоть и старое, но интересное и познавательное. Позволит закрыть непонятные моменты.

Трехфазный асинхронный двигатель. Принцип работы

Принцип действия асинхронного двигателя заключается во взаимном расположении обмоток и трехфазном напряжении, что приводит к возникновению вращающегося магнитного поля, которое и выступает движущей силой.

Подробнее говоря, при подаче питания на первичную обмотку, на фазах образуются три магнитных потока, изменяющихся в зависимости от частоты входного напряжения. Они смещены между собой не только в пространстве, но и во времени, благодаря чему и появляется вращающийся магнитный поток.

Во время вращения результирующий поток создает ЭДС в роторных проводниках. По причине того, что обмотка ротора представляет собой замкнутую цепь, в ней создается ток, создающий пусковой момент в направлении вращения магнитного поля статора. Это приводит к вращению ротора после превышения пусковым моментом его тормозного момента. Наблюдаемое в этот момент явление называется скольжением — величиной, показывающей в виде процентов соотношение частоты вращения магнитного поля к частоте вращения ротора.


(n1 – частота магнитного поля статора; n2 – частота вращения ротора)

Скольжение является очень важным параметром. На старте его величина всегда равна 1 и, естественно, становится меньше по мере увеличения разности между n1 и n2, что сопровождается также уменьшением электродвижущей силы и вращающего момента. Во время работы на холостом ходу скольжение минимально и растет по мере увеличения статического момента. Достигнув критического скольжения (обозначается как sкр), может спровоцировать опрокидывание двигателя. После уравновешивания тормозного и электромагнитного момента изменения величин прекращаются.

Таким образом, принцип действия асинхронного двигателя основывается на взаимодействии магнитного поля ротора, находящегося во вращении, и токов, наведенных в роторе этим же полем. При этом обязательным условием возникновения вращающего момента является разница частот вращения полей.

Однофазный асинхронный двигатель

Фактически, любой асинхронный электродвигатель является трехфазным и предусматривает подключение к трехфазной сети с напряжением 380 В. Однофазным или двухфазным его называют при подключении к однофазной электросети с напряжением 200 В, когда питание подается лишь на две обмотки. В такой схеме на основную рабочую обмотку подается чистая фаза от сети, а на другую питание идет через фазосдвигающий элемент, как правило, конденсатор. Такая схема позволяет создать необходимую индукцию для смещения ротора и запустить асинхронный двигатель от однофазной сети. Для дальнейшей его работы даже необязательно, чтобы пусковая обмотка (которую подключают через конденсатор) оставалась под напряжением.

Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель продолжает функционировать (под малой нагрузкой) даже если во время работы от него отключить подачу энергии по одному из питающих проводов, сымитировав таким образом работу от однофазной сети. Это обусловлено тем, что результирующее магнитное поле сохраняет вращение.

Двухфазный асинхронный двигатель

Создать вращающееся магнитное поле можно и при использовании двухфазных обмоток. Для обеспечения работоспособности схемы фазы обмоток необходимо расположить с 90˚ смещением друг от друга. При их питании токами, которые смещены по фазе на 90˚, возникает вращающееся магнитное поле, как и в трехфазной машине.

Асинхронный двухфазный электродвигатель приводится в движение за счет токов, образуемых при взаимодействии результирующего поля с роторными стержнями. Он ускоряется до того момента, пока не будет достигнута предельная скорость его вращения. Для питания такого двигателя от электросети однофазного тока необходимо создать сдвиг по фазе на одной из обмоток. Для этого применяются конденсаторы необходимой ёмкости.

На сегодняшний день все большее применение находят двухфазные асинхронных двигатели с полым алюминиевым ротором. Вращение ему придают вихревые токи, образованные внутри цилиндра, при взаимодействии с вращающимся магнитным полем.

Инерционный момент ротора наделяет двигатель хорошими характеристиками для использования в некоторых специализированных отраслях, как, например, системы, регулирующие работу мостовых и компенсационных схем. Одна из обмоток в них подключается к питающей сети через конденсатор, а через вторую проходит управляющее напряжение.

Схемы подключения

Для того чтобы подключить трехфазный асинхронный двигатель используют несколько различных схем, но чаще всего применяются «треугольник» и «звезда».

Треугольник

Преимущество данной схемы заключается в том, что при подключении согласно ей трехфазный двигатель может развивать наибольшую номинальную мощность. Для этого обмотки соединяются по принципу конец-начало, что на схематичном изображении похоже на треугольник, однако в виде треугольника понять что к чему, не всегда удобно. По этому предлагаем для анализа схему снизу, а затем фотографию уже в сборе (еще ниже).

В трехфазных электрических сетях величина линейного напряжения между выводами обмоток составляет 380 В. При этом нет необходимости создания рабочего нуля. Важно отметить, что в такой схеме может возникнуть большой пусковой ток, значительно перегружающий проводку.

Звезда

Этот способ подключения является наиболее используемым в сетях с трехфазным током 380 В. Название схемы связано с тем, что концы обмоток соединяются в одной точке, словно звездные лучи. Начала обмоток подключаются посредством аппаратуры коммутации к фазным проводникам. В такой конструкции линейной напряжение между начал составляет 380 В, а между местом соединения и подключения проводника – 200 В. Ниже представлена схема, а еще ниже уже фотография в собранном виде.

Трехфазный двигатель для 380 В сетей, подключенный таким образом, не способен развить максимальную силу из-за того, что напряжение на каждой обмотке составляет 220 В. В свою очередь, такая схема предотвращает возникновение перегрузок по току, чем обеспечивается плавный пуск.

Возможность подключения двигателя тем или иным способом, как правило, указывается на его табличке. Значок Y означает «звезду», а ∆ — «треугольник». Определить схему на уже подключенной машине можно по виду обмоток – одна двойная перемычка между ними говорит, что использована «звезда» (первое фото снизу), а если между клеммами обмоток видно три перемычки – «треугольник» (первое фото сверху).

В случае, когда необходимо запустить трехфазный асинхронный электродвигатель в обратном направлении вращения, следует поменять два питающих провода от трехфазного источника местами.

Функциональные и эксплуатационные особенности

Характерные преимущества асинхронных двигателей:

  • В их конструкции нет коллекторных групп, которые увеличивают износ других видов двигателей за счет дополнительного трения.
  • Питание асинхронных электрических машин не требует использования преобразователей и может осуществляться промышленной трехфазной сети.
  • Из-за меньшего количества деталей и конструктивных элементов они относительно легко обслуживаются и имеют большой срок службы.

Среди недостатков можно отметить:

  • Сфера применения асинхронных двигателей несколько ограничена из-за малого пускового момента.
  • Высокая реактивная мощность, которую они потребляют во время работы, не оказывает влияние на механическую мощность.
  • Большие пусковые токи, потребляемые на пуске этих двигателей, могут превышать допустимые значения некоторых систем.

Как производятся расчеты

Для того чтобы вычислить частоту вращения двигателя следует воспользоваться определенной нам ранее формулой скольжения:

И выразить из нее скорость вращения ротора:

В качестве примера возьмем двигатель модели АИР71А4У2 мощностью в 550 Вт с 4 парами полюсов и частотой вращения ротора 1360 об/мин.

При питании от сети с частотой 50 Гц статор будет вращаться со скоростью:

Таким образом, величина скольжения электродвигателя составляет:

И, наконец, прекрасное, хотя и устаревшее, видео рекомендуемое всем для одноразового просмотра.

Источник

Асинхронный электродвигатель: устройство, принцип работы, виды

Одним из наиболее распространенных типов электрических машин в мире является асинхронный электродвигатель. За счет высокой надежности и неприхотливости в работе такие агрегаты получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, они помогают решать бытовые и общепроизводственные задачи любой сложности. Поэтому в данной статье мы детально рассмотрим особенности асинхронных двигателей.

Устройство

Конструктивно простейшая асинхронная машина представляет собой рамку, вращающуюся в переменном магнитном поле. Однако на практике данная модель носит скорее ознакомительный характер и практического применения в промышленности не имеет. Поэтому на рисунке 1 ниже мы рассмотрим устройство действующей модели асинхронного электродвигателя.

Рис. 1. Устройство асинхронного электродвигателя

Весь двигатель располагается в корпусе станины 7, ее основная задача состоит в обеспечении достаточной механической прочности, способной выдерживать достаточные усилия. Поэтому чем выше мощность агрегата, тем большей прочностью должна обладать станина и корпус.

Внутрь корпуса устанавливается сердечник статора 3, выступающий в роли магнитного проводника для силовых линий рабочего поля. С целью уменьшения потерь в стали магнитопровод выполняется наборным из шихтованных листов, однако в ряде моделей применяется и монолитный вариант.

В пазы сердечника статора укладывается обмотка 2, предназначенная для пропуска электрического тока и формирования ЭДС. Число обмоток будет зависеть от количества пар полюсов на каждую фазу. Также в части уложенных обмоток электродвигатели подразделяются на:

  • трехфазные;
  • двухфазные;
  • однофазные.

Внутри статора располагается подвижный элемент – ротор 6. По конструкции ротор может быть короткозамкнутым или фазным, на рисунке приведен первый вариант. В состав ротора входит сердечник 5, также набранный из шихтованной стали и беличья клетка 4. Вся конструкция насажена на металлический вал 1, передающий вращение и механическое усилие.

Принцип работы

Заключается в формировании электромагнитного поля вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Для асинхронного электродвигателя данный процесс начинается сразу после подачи напряжения на обмотки статора, после чего в роторе наводится ЭДС взаимоиндукции, индуцирующей вихревые токи в металлическом каркасе. Наличие вихревых токов обуславливает генерацию собственной ЭДС, которая формирует электромагнитное поле ротора. Наиболее эффективный КПД асинхронной электрической машины получается при работе от трехфазной сети.

Конструктивно обмотки статора имеют смещение в пространстве друг относительно друга на 120°, что показано на рисунке 2 ниже:

Рис. 2. Геометрическое смещение фаз в статоре

Такой прием позволяет отстроить магнитное поле рабочих обмоток в строгом соответствии с напряжением трехфазной сети, которое имеет аналогичную разность кривых электрической величины.

Рис. 3. Принцип формирования магнитного потока асинхронного двигателя

На рисунке 3 выше все три фазы изображены в разных цветах для упрощения понимания процесса, также здесь изображена кривая токов, протекающих в фазах асинхронного электродвигателя. Теперь рассмотрим физические процессы в обмотках двигателя для трех позиций показанных на рисунке:

  • I – в этой позиции максимальный ток протекает в красной обмотке электродвигателя, а значение силы тока в желтой и синей равны. Основной поток силовых линий формируется красной фазой, а два других дополняют его.
  • II – в данной точке желтая синусоида равна нулю, поэтому никакого потока не создает, а сила тока красной и синей равны. Поток формируется сразу двумя фазами и смещается по часовой стрелке вправо, совершая поворот.
  • III – третья точка характеризуется максимумом токовой нагрузки для синей кривой, а красная и желтая имеет равную амплитуду, но противоположную по направлению. В результате чего максимум магнитных линий южного и северного полюса сместиться еще на 30°.

По данному принципу магнитное поле статора вращается в асинхронной электрической машине в течении периода. За счет магнитного взаимодействия с полем статора асинхронного электродвигателя происходит поступательное движение ротора вокруг своей оси. Можно сказать, что ротор пытается догнать поле статора. Именно за счет разницы во вращении полей данный тип электрической машины получил название асинхронной.

Отличие от синхронного двигателя

Наряду с простыми асинхронными электрическими машинами в промышленности также используются и синхронные агрегаты. Основным отличием синхронного двигателя является наличие вспомогательной обмотки на роторе, предназначенной для создания постоянного магнитного потока, что показано на рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Эта обмотка создает магнитный поток, не зависящий от наличия электродвижущей силы в обмотках статора электродвигателя. Поэтому при возбуждении синхронного электродвигателя его вал начинает вращаться одновременно с полем статора. В отличии от асинхронного типа, где существует разница в движении, которая физически выражается как скольжение и рассчитывается по формуле:

где s – это величина скольжения, измеряемая в процентах, n1 – частота, с которой вращается поле статора, n2 – частота, с которой вращается ротор.

Синхронные электродвигатели применяются в тех устройствах, где важно соблюдать высокую точность синхронизации подачи питания и начала движения. Также они обеспечивают сохранение рабочих характеристик в момент пуска.

На практике существует огромное количество разновидностей асинхронных электродвигателей, отличающихся как сферой применения, так и мощностью согласно ГОСТ 12139-84 . В связи с тем, что все вариации перечислить невозможно, мы рассмотрим наиболее значимые критерии, по которым асинхронные аппараты разделяются на виды.

По количеству питающих фаз выделяют:

  • трехфазные – используются в сетях, где есть возможность подключиться сразу ко всем фазам, но в частных случаях могут запускаться и в однофазной сети;
  • двухфазные – применяются во многих бытовых приборах, состоят из двух рабочих обмоток, одна из которых питается напряжением сети, а вторая подключается через фазосдвигающий конденсатор.
  • однофазные – как и предыдущая модель содержат две обмотки, одна из которых рабочая, а вторая пусковая.

По типу ротора различают:

  • с короткозамкнутым ротором – имеет тяжелый пуск, но и меньшую стоимость;
  • с фазным ротором – на роторе устанавливается вспомогательная обмотка, делающая работу электродвигателя более плавной.

Рисунок 5: асинхронный двигатель с короткозамкнутым и с фазным ротором

По способу подачи питания:

  • статорные – классические модели, в которых рабочие обмотки устанавливают на статор;
  • роторные – рабочие обмотки помещаются на вращающемся элементе, широкое применение на практике получили асинхронные двигатели Шраге-Рихтера.

Способы пуска и схемы подключения

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором обладает низкой себестоимостью, большими пусковыми токами и низким усилием на старте. Поэтому для различных целей могут применять различные способы пуска, снижающие бросок тока в обмотках и улучшающие рабочие характеристики:

  • прямой – напряжение на электродвигатель подается через пускатели или контакторы;
  • переключение схемы соединения обмоток электродвигателя со звезды на треугольник;
  • понижение напряжения;
  • плавный пуск;
  • изменение частоты питающего напряжения.

Однофазного асинхронного двигателя.

Для асинхронного однофазного электродвигателя могут использоваться три основных способа пуска:

  • С расщеплением полюсов – используется в электродвигателях особой конструкции, но недостатком методы является постоянная потеря мощности.

  • С конденсаторным пуском – вводит пусковой конденсатор в момент запуска асинхронного двигателя и убирает его со схемы через несколько секунд после начала работы. Обладает максимальным вращательным моментом.
  • С резисторным пуском электродвигателя – обеспечивает начальный сдвиг между векторами ЭДС обмоток для скольжения в асинхронной машине.

Трехфазного асинхронного двигателя.

Трехфазные асинхронные агрегаты могут подключаться такими способами:

  • Напрямую в цепь через пускатель или контактор, что обеспечивает простоту процесса, но формирует максимальные токи. Этот способ не подходит в случае больших механических нагрузок на вал.
  • Переключением схемы со звезды на треугольник – применяется для снижения токов в обмотках электродвигателя за счет уменьшения питающего напряжения с линейного на фазное.
  • Путем подключения через преобразователь напряжения, реостаты или автотрансформатор для снижения разности потенциалов. Также используется изменение числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и прочие.

Помимо этого трехфазные асинхронные двигатели могут использовать прямую и реверсивную схему включения в цепь. Первый вариант применяется только для вращения вала электродвигателя в одном направлении. В реверсивной схеме можно переключать движение рабочего органа в прямом и обратном направлении.

Рис. 9: прямая схема без возможности реверсирования

Рассмотрим нереверсивную схему пуска асинхронного электродвигателя (рисунок 9). Здесь, через трехполюсный автомат QF1 питание подается на пускатель KM1. При нажатии кнопки SB2 произойдет подача напряжения на обмотки электродвигателя, его остановка осуществляется кнопкой SB1. Тепловое реле KK1 применяется для контроля температуры нагрева, а лампочка HL1 сигнализирует о включенном состоянии контактора.

Рисунок 10: схема прямого включения с реверсом

Реверсивная схема (смотрите рисунок 10) устроена аналогичным образом, но в ней используются два пускателя KM1 и KM2. Прямое включение асинхронного электродвигателя производиться кнопкой SB2, а обратное SB3.

Применение

Область применения асинхронных электродвигателей охватывает достаточно большой сегмент хозяйственной деятельности человека. Поэтому их можно встретить в различных типах станочного оборудования – токарных, шлифовальных, фрезерных, прокатных и т.д. В работе грузоподъемных кранов, талей, тельферов и прочих механизмов.

Их используют для лифтов, горнодобывающей техники, землеройного оборудования, эскалаторов, конвейеров. В быту их можно встретить в вентиляторах, микроволновках, хлебопечках и прочих вспомогательных устройствах. Такая популярность асинхронных электродвигателей обусловлена их весомыми преимуществами.

Преимущества и недостатки

К преимуществам асинхронных электродвигателей, в сравнении с другими типами электрических машин следует отнести:

  • Относительно меньшая стоимость, в сравнении с другими типами электродвигателей, за счет простоты конструкции;
  • Высокая степень надежности, благодаря отсутствию вспомогательных элементов редко выходят со строя;
  • Способны выносить кратковременные перегрузки;
  • Могут включаться в цепь напрямую без использования дополнительного оборудования;
  • Низкие затраты на содержание в ходе эксплуатации.

Основными недостатками асинхронного электродвигателя являются относительно большие пусковые токи и слабый пусковой момент, что в определенной степени ограничивает сферу прямого включения. Также асинхронные электродвигатели обладают низким коэффициентом мощности и сильно зависят от параметров питающего напряжения.

Видео по теме

Источник

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигательэто асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой«. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1-n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Источник

Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска 1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления 2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется 3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени 4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации 5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора 1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент 2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток 3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Источник

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

В промышленности наибольшее распространение получили асинхронные двигатели трехфазного тока. Рассмотрим устройство и принцип действия этих двигателей.

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Для уяснения работы такого двигателя проделаем следующий опыт.

Укрепим подковообразный магнит на оси таким образом, чтобы его можно было вращать за ручку. Между полюсами магнита расположим на оси медный цилиндр, могущий свободно вращаться.

Рисунок 1. Простейшая модель для получения вращающегося магнитного поля

Начнем вращать магнит за ручку по часовой стрелке. Поле магнита также начнет вращаться и при вращении будет пересекать своими силовыми линиями медный цилиндр. В цилиндре, по закону электромагнитной индукции, возникнут вихревые токи, которые создадут свое собственное магнитное поле — поле цилиндра. Это поле будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего цилиндр начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Установлено, что скорость вращения цилиндра несколько меньше скорости вращения поля магнита.

Действительно, если цилиндр вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, то магнитные силовые линии не пересекают его, а следовательно, в нем не возникают вихревые токи, вызывающие вращение цилиндра.

Скорость вращения магнитного поля принято называть синхронной , так как она равна скорости вращения магнита, а скорость вращения цилиндра — асинхронной (несинхронной). Поэтому сам двигатель получил название асинхронного двигателя . Скорость вращения цилиндра (ротора) отличается от синхронной скорости вращения магнитного поля на небольшую величину, называемую скольжением.

Обозначив скорость вращения ротора через n1 и скорость вращения поля через n мы можем подсчитать величину скольжения в процентах по формуле:

В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение цилиндра мы получали благодаря вращению постоянного магнита, поэтому такое устройство еще не является электродвигателем . Надо заставить электрический ток создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора. Задачу эту в свое время блестяще разрешил М. О. Доливо-Добровольский. Он предложил использовать для этой цели трехфазный ток.

Устройство асинхронного электродвигателя М. О. Доливо-Добровольского

Рисунок 2. Схема асинхронного электродвигателя Доливо-Добровольского

На полюсах железного сердечника кольцевой формы, называемого статором электродвигателя , помещены три обмотки, сети трехфазного тока 0 расположенные одна относительно другой под углом 120°.

Внутри сердечника укреплен на оси металлический цилиндр, называемый ротором электродвигателя.

Если обмотки соединить между собой так, как показано на рисунке, и подключить их к сети трехфазного тока, то общий магнитный поток, создаваемый тремя полюсами, окажется вращающимся.

На рисунке 3 показан график изменения токов в обмотках двигателя и процесс возникновения вращающегося магнитного поля.

Рассмотрим — подробнее этот процесс.

Рисунок 3. Получение вращающегося магнитного поля

В положении «А» на графике ток в первой фазе равен нулю, во второй фазе он отрицателен, а в третьей положителен. Ток по катушкам полюсов потечет в направлении, указанном на рисунке стрелками.

Определив по правилу правой руки направление созданного током магнитного потока, мы убедимся, что на внутреннем конце полюса (обращенном к ротору) третьей катушки будет создан южный полюс (Ю), а на полюсе второй катушки — северный полюс (С). Суммарный магнитный поток будет направлен от полюса второй катушки через ротор к полюсу третьей катушки.

В положении «Б» на графике ток во второй фазе равен нулю, в первой фазе он положителен, а в третьей отрицателен. Ток, протекая по катушкам полюсов, создает на конце первой катушки южный полюс (Ю), на конце третьей катушки северный полюс (С). Суммарный магнитный поток теперь будет направлен от третьего полюса через ротор к первому полюсу, т. е. полюсы при этом переместятся на 120°.

В положении «В» на графике ток в третьей фазе равен нулю, во второй фазе он положителен, а в первой отрицателен. Теперь ток, протекая по первой и второй катушкам, создаст на конце полюса первой катушки — северный полюс (С), а на конце полюса второй катушки — южный полюс (Ю), т. е. полярность суммарного магнитного поля переместится еще на 120°. В положении «Г» на графике магнитное поле переместится еще на 120°.

Таким образом, суммарный магнитный поток будет менять свое направление с изменением направления тока в обмотках статора (полюсов).

При этом за один период изменения тока в обмотках магнитный поток сделает полный оборот. Вращающийся магнитный поток будет увлекать за собой цилиндр, и мы получим таким образом асинхронный электродвигатель.

Напомним, что на рисунке 3 обмотки статора соединены «звездой», однако вращающееся магнитное поле образуется и при соединении их «треугольником».

Если мы поменяем местами обмотки второй и третьей фаз, то магнитный поток изменит направление своего вращения на обратное.

Такого же результата можно добиться, не меняя местами обмотки статора, а направляя ток второй фазы сети в третью фазу статора, а третью фазу сети — во вторую фазу статора.

Таким образом, изменить направление вращения магнитного поля можно переключением двух любых фаз.

Мы рассмотрели устройство асинхронного двигателя, имеющего на статоре три обмотки . В этом случае вращающееся магнитное поле двухполюсное и число его оборотов в одну секунду равно числу периодов изменения тока в одну секунду.

Если на статоре разместить по окружности шесть обмоток, то будет создано четырехполюсное вращающееся магнитное поле . При девяти обмотках поле будет шестиполюсным.

При частоте трехфазного тока f , равной 50 периодам в секунду, или 3000 в минуту, число оборотов n вращающегося поля в минуту будет:

при двухполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 1 = 3000 об/мин,

при четырехполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 2 = 1500 об/мин,

при шестиполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 3 = 1000 об/мин,

при числе пар полюсов статора, равном p : n = (f х 60 ) / p ,

Итак, мы установили скорость вращения магнитного поля и зависимость ее от числа обмоток на статоре двигателя.

Ротор же двигателя будет, как нам известно, несколько отставать в своем вращении.

Однако отставание ротора очень небольшое. Так, например, при холостом ходе двигателя разность скоростей составляет всего 3%, а при нагрузке 5 — 7%. Следовательно, обороты асинхронного двигателя при изменении нагрузки изменяются в очень небольших пределах, что является одним из его достоинств.

Рассмотрим теперь устройство асинхронных электродвигателей

Статор современного асинхронного электродвигателя имеет невыраженные полюсы, т. е. внутренняя поверхность статора сделана совершенно гладкой.

Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник статора набирают из тонких штампованных стальных листов. Собранный сердечник статора закрепляют в стальном корпусе.

В пазы статора закладывают обмотку из медной проволоки. Фазовые обмотки статора электродвигателя соединяются «звездой» или «треугольником», для чего все начала и концы обмоток выводятся на корпус — на специальный изоляционный щиток. Такое устройство статора очень удобно, так как позволяет включать его обмотки на разные стандартные напряжения.

Ротор асинхронного двигателя , подобно статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка.

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором .

Обмотка короткозамкнутого ротора сделана из медных стержней, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединены при помощи медного кольца. Такая обмотка называется обмоткой типа «беличьей клетки». Заметим, что медные стержни в пазах не изолируются.

В некоторых двигателях «беличью клетку» заменяют литым ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором (с контактными кольцами) применяется обычно в электродвигателях большой мощности и в тех случаях; когда необходимо, чтобы электродвигатель создавал большое усилие при трогании с места. Достигается это тем, что в обмотки фазного двигателя включается пусковой реостат.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели пускаются в ход двумя способами:

1) Непосредственным подключением трехфазного напряжения сети к статору двигателя. Этот способ самый простой и наиболее популярный.

2) Снижением напряжения, подводимого к обмоткам статора. Напряжение снижают, например, переключая обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

Пуск двигателя в ход происходит при соединении обмоток статора «звездой», а когда ротор достигнет нормального числа оборотов, обмотки статора переключаются на соединение «треугольником».

Ток в подводящих проводах при этом способе пуска двигателя уменьшается в 3 раза по сравнению с тем током, который возник бы при пуске двигателя прямым включением в сеть с обмотками статора, соединенными «треугольником». Однако этот способ пригоден лишь в том случае, если статор рассчитан для нормальной работы при соединении его обмоток «треугольником».

Наиболее простым, дешевым и надежным является асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором , но этот двигатель обладает некоторыми недостатками — малым усилием при трогании с места и большим пусковым током. Эти недостатки в значительной мере устраняются применением фазного ротора, но применение такого ротора значительно удорожает двигатель и требует пускового реостата.

Типы асинхронных электродвигателей

Основной тип асинхронных машин — трехфазный асинхронный двигатель . Он имеет три обмотки на статоре, смещенные в пространстве на 120°. Обмотки соединяются в звезду или треугольник и питаются трехфазным переменным током.

Двигатели малой мощности в большинстве случаев выполняются как двухфазные . В отличие от трехфазных двигателей они имеют на статоре две обмотки, токи в которых для создания вращающегося магнитного поля должны быть сдвинуты на угол π /2.

Если токи в обмотках равны по модулю и сдвинуты по фазе на 90°, то работа подобного двигателя ничем не будет отличаться от работы трехфазного. Однако такие двигатели с двумя обмотками на статоре в большинстве случаев питаются от однофазной сети и сдвиг, приближающийся к 90°, создается искусственным путем, обычно за счет конденсаторов.

Однофазный двигатель , имеющий только одну обмотку на статоре, практически неработоспособен. При неподвижном роторе в двигателе создается только пульсирующее магнитное поле и вращающий момент равен нулю. Правда, если ротор такой машины раскрутить до некоторой скорости, то далее она может выполнять функции двигателя.

В этом случае, хотя и будет только пульсирующее поле, но оно слагается из двух симметричных — прямого и обратного, которые создают неравные моменты — больший двигательный и меньший тормозной, возникающий за счет токов ротора повышенной частоты (скольжение относительно обратносинхронного поля больше 1).

В связи с изложенным однофазные двигатели снабжаются второй обмоткой, которая используется как пусковая. В цепь этой обмотки для создания фазового сдвига тока включают конденсаторы, емкость которых может быть достаточно велика (десятки микрофарад при мощности двигателя менее 1 кВт).

В системах управления используются двухфазные двигатели, которые иногда называют исполнительными . Они имеют две обмотки на статоре, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток, называемая обмоткой возбуждения, непосредственно подключается к сети 50 или 400 Гц. Вторая используется как обмотка управления.

Для создания вращающегося магнитного поля и соответствующего момента ток в обмотке управления должен быть сдвинут на угол, близкий к 90°. Регулирование скорости двигателя, как будет показано ниже, осуществляется изменением значения или фазы тока в этой обмотке. Реверс обеспечивается изменением фазы тока в управляющей обмотке на 180° (переключением обмотки).

Двухфазные двигатели изготовляются в нескольких исполнениях:

с короткозамкнутым ротором,

с полым немагнитным ротором,

с полым магнитным ротором.

Преобразование вращательного движения двигателя в поступательное движение органов рабочей машины всегда связано с необходимостью использования каких-либо механических узлов: зубчатых реек, винта и др. Поэтому иногда целесообразно выполнение двигателя с линейным перемещением ротора-бегунка (название ’’ротор” при этом может быть принято только условно — как движущегося органа).

В этом случае двигатель, как говорят, может быть развернут. Обмотка статора линейного двигателя выполняется так же, как и у объемного двигателя, но только должна быть заложена в пазы на всю длину максимального возможного перемещения ротора-бегунка. Ротор-бегунок обычно короткозамкнутый, с ним сочленяется рабочий орган механизма. На концах статора, естественно, должны находиться ограничители, препятствующие уходу ротора за рабочие пределы пути.

Источник

Асинхронный электродвигатель устройство и принцип работы

Из всего спектра выпускаемых в настоящее время электрических моторов наибольшее распространение получил двигатель асинхронный трёхфазный. Практически половина производимой в мире электроэнергии используется именно этими машинами. Они широко применяются в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности. Асинхронный двигатель незаменим на фабриках и насосных станциях. Без таких машин не обойтись и в быту, где они используются и в другой домашней технике, и в ручном электроинструменте.

Область применения этих электрических машин расширяется с каждым днём, так как совершенствуются и сами модели, и используемые для их изготовления материалы.

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

Одна из важнейших деталей — статор. На фото сверху эта часть двигателя расположена слева. Он состоит из следующих основных элементов:

1. Корпус. Он необходим для соединения всех деталей машины. Если двигатель небольшой, то корпус изготавливают цельнолитым. В качестве материала используют чугун. Применяются также сталь или сплавы алюминия. Иногда корпус малых двигателей совмещает функции сердечника. Если же двигатель имеет большие размеры и мощность, то корпус сваривают из отдельных частей.

2. Сердечник. Этот элемент двигателя запрессовывается в корпус. Служит он для улучшения качеств магнитной индукции. Выполняется сердечник из пластин электрической стали. Для того чтобы снизить потери, неизбежные при появлении вихревых токов, каждая пластина покрывается слоем специального лака.

3. Обмотка. Она размещается в пазах сердечника. Состоит из витков медной проволоки, которые собираются в секции. Соединённые в определённой последовательности, они образуют три катушки, которые в совокупности являются обмоткой статора. Подключается она непосредственно к сети, поэтому называется первичной.

Ротор — это подвижная часть двигателя. На фото он находится справа. Служит он для преобразования силы магнитных полей в механическую энергию. Состоит ротор асинхронного двигателя из следующих деталей:

1. Вал. На хвостовиках его закреплены подшипники. Они запрессовываются в щиты, крепящиеся болтами к торцовым стенкам коробки статора.

2. Сердечник, который собирается на валу. Состоит из пластин специальной стали, обладающей таким ценным свойством, как низкое сопротивление магнитным полям. Сердечник, обладая формой цилиндра, и является основой для укладки обмотки якоря. Роторная, или, как её ещё называют, вторичная обмотка получает энергию благодаря магнитному полю, которое появилось вокруг катушек статора при прохождении по ним электрического тока.

Двигатели по типу изготовления подвижной части

1. Имеющие короткозамкнутую обмотку ротора. Один из вариантов исполнения этой детали показан на рисунке.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет обмотку, сделанную из алюминиевых стержней, которые располагаются в пазах сердечника. В торцевой части они замкнуты кольцами накоротко.

2. Электродвигатели, имеющие ротор, изготовленный с контактными кольцами.

У обоих типов асинхронных двигателей конструкция статора одинаковая. Различаются они только исполнением якоря.

Каков же принцип работы

Якорь трёхфазного асинхронного двигателя, исполненный подобным образом, приводится во вращение благодаря эффекту возникновения переменного магнитного поля в статорных катушках. Чтобы понять, каким образом это происходит, необходимо вспомнить физический закон самоиндукции. Он гласит, что вокруг проводника, по которому проходит поток заряженных частиц, возникает магнитное поле. Величина его будет прямо пропорциональна индуктивности провода и интенсивности протекающего в нём потока заряженных частиц. Кроме того, это магнитное поле формирует силу с определённой направленностью. Именно она нас и интересует, так как является причиной вращения ротора. Для эффективной работы двигателя необходимо иметь мощный магнитный поток. Создаётся он благодаря специальному способу монтажа первичной обмотки.

Известно, что источник питания имеет переменное напряжение. Следовательно, магнитное поле вокруг статора будет иметь такую же характеристику, напрямую зависящую от изменения тока в подающей сети. Примечательно то, что каждая фаза смещена одна относительно другой на 120˚.

Что происходит в обмотке статора

Каждая фаза сети питания подключается к соответствующей катушке статора, поэтому возникающее вокруг них магнитное поле будет смещено на 120˚. Источник питания имеет переменное напряжение, следовательно, вокруг катушек статора, которыми располагает асинхронный двигатель, будет возникать переменное магнитное поле. Схема асинхронного двигателя собирается так, чтобы магнитное поле, возникающее вокруг катушек статора, постепенно изменялось и последовательно переходило от одной обмотки к другой. Таким образом создаётся эффект вращающегося магнитного поля. Можно вычислить его частоту вращения. Измеряться она будет в оборотах за минуту. Определяется по формуле: n=60f/p, где f — это частота переменного тока в подключенной сети (Гц), p — соответствует числу пар полюсов, смонтированных на статоре.

Как работает ротор

Теперь необходимо рассмотреть, какие процессы возникают во вторичной обмотке. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет конструкционную особенность. Дело в том, что к его якорной обмотке напряжение не подводится. Оно там возникает благодаря магнитоиндукционной связи с первичной обмоткой. Поэтому и происходит процесс, обратный тому, что наблюдался в статоре, в соответствии с законом, который гласит, что при пересечении проводника, а в нашем случае это короткозамкнутая обмотка ротора, магнитным потоком в нём возникает электрический ток. Откуда берётся магнитное поле? Оно возникло вокруг первичной катушки при подключении трёхфазного источника питания.

Соединим статор и ротор. Что получится?

Таким образом, имеем асинхронный короткозамкнутый двигатель с ротором, в обмотке которого проходит электрический ток. Он и будет причиной возникновения магнитного поля вокруг якорной обмотки. Однако полярность этого потока будет отличаться от созданного статором. Соответственно, и сила, образуемая им, будет вступать в противодействие с той, которая вызвана магнитным полем первичной обмотки. Это и приведёт в движение ротор, так как на нём собрана вторичная катушка, и хвостовики вала якоря закреплены в корпусе двигателя на подшипниках.

Рассмотрим ситуацию взаимодействия сил, возникающих от магнитных полей статора и ротора, с течением времени. Знаем, что магнитное поле первичной обмотки вращается и обладает определённой частотой. Созданная им сила будет перемещаться, имея аналогичную скорость. Это заставит асинхронный двигатель заработать. И его ротор будет свободно вращаться вокруг оси.

Эффект скольжения

Ситуация, когда силовые потоки ротора как бы отталкиваются от вращающегося магнитного поля статора, получила название скольжения. Следует отметить, что частота асинхронного двигателя (n1) всегда меньше той, с которой перемещается магнитное поле статора. Объяснить это можно так. Чтобы в роторной обмотке возник ток, она должна быть пересечена магнитным потоком с определённой угловой скоростью. И поэтому справедливо утверждение, что скорость вращения вала больше либо равна нулю, но меньше интенсивности перемещения магнитного поля статора. Ротор имеет частоту вращения, зависящую от силы трения в подшипниках, а также от величины отбора мощности с вала ротора. Поэтому он как бы отстаёт от магнитного поля статора. Именно из-за этого частота называется асинхронной.

Таким образом, электроэнергия питающего источника преобразовалась в кинетическую энергию вращающегося вала. Скорость его вращения прямо пропорциональна частоте тока питающей сети и количеству пар полюсов статора. Для увеличения частоты вращения якоря можно использовать частотные преобразователи. Однако работа этих устройств должна быть согласована с количеством пар полюсов.

Как подключить двигатель к источнику питания

Чтобы осуществить пуск асинхронного двигателя, его необходимо подключить к сети трёхфазного тока. Схема асинхронного двигателя собирается двумя способами. На рисунке показана схема соединения выводов двигателя, в которой статорные обмотки собраны способом «звезда».

На этом рисунке изображён другой способ соединения, именуемый «треугольник». Собираются схемы в клеммной коробке, закреплённой на корпусе.

Следует знать, что начала каждой из трёх катушек, их ещё называют обмотками фаз, именуются С1, С2, С3 соответственно. Аналогично подписываются концы, которые имеют названия С4, С5, С6. Если в клеммной коробке нет маркировки выводов, то начала и концы придётся определить самостоятельно.

Как сделать реверс

При возникновении потребности осуществить пуск асинхронного двигателя, изменив направление вращения якоря, надо просто поменять местами два провода подключаемого источника трехфазного напряжения.

Однофазный асинхронных двигателей

В быту проблематично использовать трёхфазные двигатели из-за отсутствия требуемого источника напряжения. Поэтому существует однофазный асинхронный двигатель. Он также имеет статор, но с существенным конструкционным отличием. Оно заключается в количестве и способе расположения обмоток. Это определяет и схему запуска машины.

Если однофазный асинхронный двигатель имеет статор с двумя обмотками, то расположены они будут со смещением по окружности под углом в 90˚. Катушки называются пусковой и рабочей. Соединяются они параллельно, но, чтобы создать условия для появления вращающееся магнитного поля, дополнительно вводится активное сопротивление или конденсатор. Это создаёт сдвиг фаз токов обмоток, близкий к 90˚, благодаря чему создаётся условие для образования вращающегося магнитного поля.

Если статор имеет только одну катушку, то подключённый к ней однофазный источник питания будет причиной пульсирующего магнитного поля. В замкнутой накоротко обмотке ротора появится переменный ток. Он станет причиной возникновения своего магнитного потока. Результирующая двух образовавшихся сил будет равна нулю. Поэтому для запуска двигателя, имеющего такую конструкцию, требуется дополнительный толчок. Создать его можно, подключив конденсаторную схему пуска.

Подключить двигатель к однофазной цепи

Изготовленный для работы от трёхфазного источника питания электромотор может работать и от домашней однофазной сети, но при этом существенно снизятся его характеристики, такие как КПД, коэффициент мощности. Кроме того, снизятся мощность и пусковые показатели.

Если же без подключения не обойтись, то требуется из трёх обмоток статора собрать схему, где их будет только две. Одна рабочая, а другая пусковая. Например, есть три катушки с началами С1, С2, С3 и концами С4, С5, С6 соответственно. Для создания первой (рабочей) обмотки двигателя объединяем концы С5 и С6, а их начала С3 и С2 подключаем к источнику однофазного тока, например, бытовой сети 220 вольт. Роль второй, пусковой обмотки, будет выполнять оставшаяся незадействованная катушка стартера. Она подключается к источнику питания через конденсатор, соединённый с ней последовательно.

Параметры асинхронного двигателя

При подборе таких машин, а также при дальнейшей их эксплуатации необходимо учитывать характеристики асинхронного двигателя. Они бывают энергетические — это коэффициент полезного действия, коэффициент мощности. Важно учитывать и механические показатели. Основным из них считается зависимость между скоростью вращения вала и рабочим усилием, прикладываемым к нему. Существуют ещё пусковые характеристики. Они определяют пусковой, минимальный и максимальный моменты и их соотношение. Важно также знать, каков пусковой ток асинхронного двигателя. Для наиболее эффективного использования двигателя необходимо учитывать все эти параметры.

Нельзя оставить без внимания вопрос энергосбережения. В последнее время он рассматривается не только с позиции уменьшения эксплуатационных затрат. Экономичность электродвигателей снижает уровень экологических проблем, связанных с производством электроэнергии.

Перед производителями постоянно ставятся задачи разработки и выпуска энергосберегающих двигателей, повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения шумового уровня.

Улучшить энергосберегающие показатели можно путём снижения потерь при эксплуатации. А они напрямую зависят от рабочей температуры машины. Кроме того, совершенствование этой характеристики неизбежно приведёт к увеличению срока эксплуатации двигателя.

Снизить температуру обмоток можно, применяя вентилятор наружного обдува, закреплённый на хвостовике вала ротора. Но это приводит к неизбежному повышению шума, производимого двигателем при работе. Особенно ощутим этот показатель при высокой скорости вращения ротора.

Таким образом, видно, что асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток. Он не способен поддерживать постоянную частоту вращения вала при возрастающих нагрузках. Зато такой двигатель имеет множество преимуществ по сравнению с образцами электродвигателей других конструкций.

Во-первых, он имеет надёжную конструкцию. Работа асинхронного двигателя не вызывает никаких сложностей при его использовании.

Во-вторых, асинхронный двигатель экономичен в производстве и эксплуатации.

В-третьих, эта машина универсальна. Имеется возможность её использования в любых устройствах, которые не требуют точного поддержания частоты вращения вала якоря.

В-четвёртых, двигатель с асинхронным принципом действия востребован и в быту, получая питание только от одной фазы.

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Предлагаем рассмотреть принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, трехфазного и однофазного типа, а также его конструкцию и схемы подключения.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора — роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Конструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

  1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
  2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
  3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = Uс I 2 = U 2 I 2 / sin 2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Конструкция простой формы.
  2. Низкая стоимость производства.
  3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
  4. Не прихотлив в эксплуатации.
  5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
  2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
  3. Относительно небольшой пусковой момент.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каж­дая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вто­ричной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнит­ной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рас­смотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов;

5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну-

той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алю­миниевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехничес­кой стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными свар­ными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердеч­ника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникаю­щих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продоль­ные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соеди­ненные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за преде­лами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.

Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой;

1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца;

4 — лопасти вентилятора

Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на при­мере простейшей трехфазной двухполюсной обмотки, каждая фаза которой состоит из одной секции, фазы обмотки соединены звездой (рис.5.5). При этом секции тока в фазных обмотках (по времени) относительно друг друга на электрический угол 120° (рис.5.5, б). Проведем ряд построений вектора МДС трехфазной обмотки Fm, соответствующих различным моментам времениt0, t1, t2,t3отмеченным на графике рис.5.5, б.

В момент времени tток в фазе А равен 0, в фазе В ток имеет отрица­тельное, а в фазе С — положительное направления. Эти направления тока отмечаем на рис.5.5, б в сечениях обмоток статора для данного момента времени. При этом следует помнить, что за положительное направление тока

Рис.5.5. Получение вращающегося магнитного поля: а — трехфазная обмотка статора;

б — вращение МДС; в — модель магнитного поля статора;

1-4 — обмотка фазы А; 3-6 — обмотка фазы В;

5—2 — обмотка фазы С (первая цифра — начало обмотки)

в фазной обмотке принимается направление тока от начала обмотки к ее концу и обозначается х, а, следовательно, отрицательное направление тока в обмотке соответствует направлению тока от конца к началу и обозначается •. Затем в соответствии с указанными на рис. 5, б направлениями токов определяем (по правилу буравчика) направление вектора МДС трехфазной обмотки статора (вектор Fmнаправлен вниз).

В момент времени t1т.е. через (1/3) Т, ток в фазе В равен нулю, в фазе А имеет положительное, а в фазе С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные моменту времени t, заметим, что вектор МДС обмотки статора Fmпо сравнению с его положением в момент вре­мени tповернулся на 120° в направлении движения часовой стрелки.

Проведя аналогичные построения вектора МДС обмотки статора для момента t2и t3, видим, что каждый раз при переходе от одного момента времени к другому вектор Fmповорачивается на 120°, а за один период изменения токов в обмотках (с tдо t3) делает полный оборот (360°) и будет, таким образом, вращающимся. Вращающаяся МДС создает враща­ющееся магнитное поле, эквивалентное полю магнита N — S с индукци­ей Во (рис.5, в). Это поле вращается с синхронной частотойnкото­рая пропорциональна частоте переменного токаfи обратно пропорцио­нальна числу пар полюсов обмоток статора р, т.е.

,

Зависимость n от р и f представлена в табл.5.2.

(PDF) АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО

Эти магнитные потоки смещены относительно каждого

другого на 120 ° как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток

, таким образом, вращается. [5, стр. 615]

Результирующий магнитный поток статора вращается на

и тем самым создает в проводниках ротора ЭДС

. Поскольку обмотка ротора имеет замкнутую электрическую цепь

, в ней появляется ток, который, в свою очередь, взаимодействует

с магнитным потоком статора, создает пусковой крутящий момент

двигателя, который стремится вращать ротор в

направление вращения магнитного поля статора.

Когда он достигает значения тормозного момента ротора

, а затем превышает его, ротор начинает вращаться.

Таким образом, возникает так называемое скольжение. [6, стр. 216]

Проскальзывание «s» — это величина, которая указывает, насколько

синхронная частота n1 магнитного поля статора

больше, чем частота вращения ротора n2 , в процентах.

Скольжение — чрезвычайно важная величина. В начальный момент времени

он равен единице, но по мере увеличения частоты вращения n2 ротора

относительная разность частот n1-n2

становится меньше, в результате чего ЭДС и ток в

проводниках ротора уменьшается

, что влечет за собой уменьшение крутящего момента на

.В режиме холостого хода при работе двигателя

без нагрузки на вал скольжение

минимальное, но с увеличением статического момента

увеличивается до значения «s» — критического скольжения. Если двигатель

превышает это значение, может произойти так называемое переворачивание двигателя

, что приведет к его нестабильной работе. Значения скольжения лежат в диапазоне от 0 до 1, для универсальных асинхронных двигателей

оно находится в номинальном режиме

— 1-8%.[6, стр. 208]

Как только возникает баланс между электромагнитным моментом

, вызывающим вращение ротора

, и тормозным моментом, создаваемым нагрузкой на вал двигателя

, начинается процесс изменения значений

перестанет.

Получается, что принцип работы асинхронного двигателя

заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля

статора и токов

, индуцируемых этим магнитным полем в роторе.

Причем крутящий момент может возникать только в том случае, если

есть разница частот вращения

магнитных полей. [6, p 209]

Способы управления асинхронным двигателем

Под Управление асинхронным двигателем переменного тока

означает изменение скорости ротора и / или его крутящего момента.

Доступны следующие методы управления асинхронным двигателем

:

реостат — изменение частоты вращения асинхронного двигателя

с фазным ротором на

изменение сопротивления реостата в цепи ротора

кроме того, он увеличивает пусковой крутящий момент

и увеличивает критическое скольжение;

частота — изменение частоты вращения

асинхронного двигателя за счет изменения частоты

тока в питающей сети,

что влечет за собой изменение частоты вращения

поля статора.Включение двигателя осуществляется через преобразователь частоты

;

переключение обмоток со звезды на треугольник

во время пуска двигателя, что снижает пусковые токи в обмотках

примерно на

в три раза, но при этом время

уменьшается;

импульсный — источник питания особого типа;

введение дополнительной ЭДС по

или встречно направленной с частотой

, скользящей во вторичный контур;

изменение количества пар полюсов, если такое переключение

предусмотрено конструктивно;

изменение амплитуды напряжения питания,

изменение только амплитуды управляющего напряжения

.Тогда управляющие и возбуждающие

и

напряжения остаются перпендикулярными;

фазовое управление характеризуется тем, что

изменение скорости ротора достигается

изменением фазового сдвига между векторами возбуждения

и управляющего напряжения;

Амплитудно-фазовый метод включает два описанных метода

; включение реакторов статора

в цепь питания;

индуктивное сопротивление для двигателя с фазным ротором

.[7, с 13]

Литература:

1. (2000) ГОСТ Р 51677-2000 Машины

электрические асинхронные мощности от 1

до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели

эффективности.- М: Изд-во стандартов, 2001. — 4 с.

2. Муравлев О.П., Муравлева О.О. (2005) Power

Эффективные асинхронные двигатели для энергосбережения //

9-я российско-корейская международная конференция. Symp. Наука

и Технология КОРУС 2005.- Новосибирск:

Новосибирский государственный технический университет, 2005. —

Т. 2. — с. 56-60.

3. (2018) http://electricalschool.info/motor.html

Все про асинхронные двигатели

4. Усынин Ю.С., Смирнов Ю.С., Козина Т.А.,

Валов А.В. (2013) Импульсно-векторное управление с использованием принципа работы асинхронного двигателя

— StudiousGuy

Асинхронные двигатели — одно из величайших изобретений в истории человечества.На ее долю приходится около 45% от общего потребления электроэнергии во всем мире, это повсеместная технология в современном мировом машиностроении. Фактически, всемирно известная корпорация по производству электромобилей Tesla назвала свою организацию в честь изобретателя асинхронного двигателя Николы Тесла. Асинхронный двигатель — это электродвигатель с приводом от переменного тока (AC), который использует электромагнитную индукцию для преобразования электрической энергии в механическую. Он также известен как асинхронный двигатель, поскольку частота вращения двигателя обычно меньше и не синхронизируется с частотой входного переменного тока.Асинхронные двигатели имеют несколько преимуществ по сравнению с аналогичными двигателями постоянного тока, такие как более низкая стоимость конструкции и обслуживания, простота эксплуатации, более высокая скорость, долговечность и т. Д., Что делает их более пригодными для использования. Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель, давайте сначала разберемся, что делает его отличной машиной.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Компоненты асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель может быть разных форм и размеров, но чаще всего это цилиндрическое устройство с торчащим из него осевым валом.Вращательное действие вала осуществляется за счет особого расположения следующих компонентов.

Статор

Статор асинхронного двигателя представляет собой полый цилиндрический сердечник, состоящий из многослойных и многослойных тонких металлических листов. Это неподвижная часть с прорезями для намотки катушки электромагнитной цепи двигателя. Многослойная структура статора используется для предотвращения потерь на вихревые токи и гистерезиса, которые в противном случае возникли бы с твердым сердечником.Катушка статора, также известная как обмотка статора, сделана из медных проводов, изолированных эмалью, лаком или смолами, чтобы избежать короткого замыкания.

Ротор

Ротор — это вращающаяся часть асинхронного двигателя. Это цилиндрический блок, установленный на валу, который несет механическую нагрузку. При производстве асинхронных двигателей используются два типа роторов.

Ротор с беличьей клеткой

Ротор с короткозамкнутым ротором — один из наиболее широко используемых роторов в производстве асинхронных двигателей из-за его исключительных характеристик, таких как надежность, надежность и низкая стоимость производства.Он получил свое название от своей цилиндрической конструкции в виде клетки, которая состоит из продольных токопроводящих стержней, изготовленных из алюминия или меди, закороченных накоротко с кольцами, выполненными из того же материала на обоих концах. Стержни ротора слегка перекошены, чтобы они не блокировались зазорами между катушками статора, обеспечивая плавное и бесшумное вращение. Кроме того, количество стержней не должно равняться целому кратному числу пазов статора, так как это может вызвать магнитную блокировку обоих компонентов.

Ротор с обмоткой

Ротор с обмоткой, также известный как ротор с контактным кольцом, представляет собой цилиндрический блок, сделанный из тонких многослойных стальных листов, уложенных друг на друга, и на его периферии есть прорези для удержания вращающихся обмоток. Концы вращающихся обмоток соединены с тремя контактными кольцами, размещенными вокруг вала. Контактные кольца соединены с батареями переменного сопротивления через щетки, что позволяет оператору изменять скорость двигателя, изменяя сопротивление.

Вал

Вал представляет собой длинный стержень из углеродистой стали, расположенный вдоль цилиндрической оси асинхронного двигателя. Это элемент, который обеспечивает преобразованную механическую энергию для конечного использования. Головка вала соединена с различными механическими нагрузками, такими как шкивы, шестерни и т. Д., Тогда как задняя часть соединена с вентилятором внутри двигателя.

Подшипники

Вал ротора удерживается подшипниками на обоих концах корпуса двигателя. Подшипники минимизируют трение вала, соединенного с корпусом, повышая эффективность двигателя.Корпус асинхронного двигателя содержит все компоненты двигателя, обеспечивает электрические соединения и обеспечивает вентиляцию деталей двигателя для уменьшения тепловыделения. Конструкция корпуса часто включает ребра для отвода тепла.

Вентилятор

Вентилятор в асинхронном двигателе действует как вытяжка и охлаждает асинхронный двигатель, рассеивая тепло. Он соединен с валом, который передает вращательное движение ротора на вентилятор.

Кожух

Кожух асинхронного двигателя содержит все компоненты двигателя, обеспечивает электрические соединения и обеспечивает вентиляцию деталей двигателя для уменьшения тепловыделения.Конструкция корпуса часто включает ребра для отвода тепла.

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель работает по принципу электромагнитной индукции. Это явление, при котором ЭДС индуцируется поперек проводника, когда он находится внутри переменного магнитного поля. Эта индуцированная ЭДС в катушке задается законом электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что электродвижущая сила вокруг замкнутого пути равна отрицательной скорости изменения во времени магнитного потока, заключенного на этом пути.Математически это выражение можно записать как

ε = — \ frac {dΦ} {dt}

Где ε — наведенная ЭДС, Φ — магнитный поток, а t обозначает время.

Взаимодействие между двумя магнитными полями заставляет ротор вращаться. Чтобы понять концепцию более подробно, давайте посмотрим на работу асинхронного двигателя.

Работа асинхронного двигателя

Когда переменный ток течет через обмотки статора, он создает магнитное поле вокруг катушек обмоток.Катушки внутри статора расположены таким образом (пространственно разнесены на 120 °), что создаваемое ими магнитное поле начинает вращаться вследствие периодически меняющегося направления входного переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток, который течет через замкнутые обмотки ротора. Затем течение тока создает обратную ЭДС, которая противодействует изменению магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Обратная ЭДС обмоток ротора отстает на 90 градусов (без нагрузки) от ЭДС обмоток статора.Эта разница в силе создает крутящий момент и заставляет ротор вращаться вокруг оси вала. Задержка также заставляет обмотки ротора вращаться немного медленнее, чем вращающееся поле. Разница между скоростью известна как «проскальзывание» в технических терминах и может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как нагрузка на двигатель, сопротивление цепи ротора и сила магнитного поля, создаваемого двигателем. статор. Асинхронный двигатель работает аналогично трансформатору, причем первичная и вторичная обмотки являются обмотками статора и ротора соответственно.Асинхронный двигатель также известен как вращающийся трансформатор из-за вращательного движения обмоток ротора. Работа асинхронных двигателей может различаться в зависимости от их типа.

Типы асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели

в основном подразделяются на две категории в зависимости от источника питания, с которым они работают, то есть трехфазные асинхронные двигатели и однофазные асинхронные двигатели.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель — один из наиболее часто используемых асинхронных двигателей в промышленных и коммерческих целях.Как следует из названия, трехфазные асинхронные двигатели — это те, которые работают от трехфазного источника переменного тока. Чтобы понять принцип работы трехфазного асинхронного двигателя, необходимо немного узнать о трехфазном источнике питания переменного тока. Направление тока в источнике питания переменного тока периодически меняется, генерируя синусоидальную форму волны, причем каждый цикл показывает величину тока, идущую от нуля до максимума в одном направлении, обратно до нуля, а затем до максимума в противоположном направлении.Трехфазный источник питания переменного тока содержит три различных синусоидальных сигнала переменного тока, так что, когда один из циклов проходит через ноль, два других могут компенсировать уменьшенную величину тока в цепи. Большинство наших бытовых электроприборов могут эффективно работать с частотой 50-60 Гц (циклов в секунду) одной синусоидальной формы волны переменного тока; однако в промышленных целях применяется трехфазный источник переменного тока для удовлетворения высоких требований к мощности.

В трехфазном асинхронном двигателе статор состоит из трех наборов обмоток, на которые подается входной трехфазный переменный ток.Обмотки статора расположены по Y-образной схеме, образуя разность фаз в 120 градусов электрического угла. Эта конструкция обеспечивает вращающееся магнитное поле, и согласно закону Ленца ротор начинает вращаться в своем направлении, чтобы нейтрализовать эффект электромагнитной индукции. Тем не менее, из-за разницы между индуцированным магнитным потоком ротора и магнитным потоком статора, ротор никогда не достигает скорости вращающегося магнитного поля. Гипотетически, если ротор сможет достичь скорости, аналогичной скорости вращающегося магнитного поля, путем приложения некоторой внешней силы, не будет никакого запаздывания между потоками, и электромагнитная индукция немедленно прекратится.В основном это два

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Как следует из названия, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором содержит ротор с короткозамкнутым ротором (описанный выше) и работает от трехфазного источника переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток через проводящие стержни, который дополнительно генерирует магнитный поток ротора и заставляет ротор вращаться. Цилиндрическая конструкция клетки имеет определенные преимущества, такие как прочная конструкция и низкие затраты на техническое обслуживание; однако наиболее важной особенностью роторов с короткозамкнутым ротором является простота конструкции для создания различных вариантов.Характеристики скорости-момента трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно легко изменить, отрегулировав перекос и длину токопроводящих стержней внутри ротора. Это позволяет легко заменять двигатели разных производителей, что упрощает замену двигателей. Тем не менее, отсутствие контроля скорости в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором является недостатком их уникальной конструкции. Короткозамкнутые кольца на концах ротора не дают места для добавления переменного сопротивления, и поэтому трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает с постоянной скоростью после достижения установившегося состояния.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с контактным кольцом

Трехфазный асинхронный двигатель с контактным кольцом, также известный как трехфазный асинхронный двигатель с обмоточным ротором, представляет собой асинхронный двигатель с регулируемой скоростью. Ротор этих двигателей состоит из цилиндрического блока, содержащего многослойные стальные пластины, намотанные катушками из медной проволоки. Обмотки ротора имеют трехфазную конфигурацию, при этом выводы каждой фазы подключены к контактным кольцам. Контактное кольцо — это электромеханическое устройство, которое помогает передавать мощность и электрические сигналы от неподвижного компонента к вращающемуся.Когда источник переменного тока используется для возбуждения обмотки статора, создается магнитный поток. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток через проводящие стержни, который создает дополнительный магнитный поток в роторе и заставляет его вращаться. Тем не менее, из-за большего количества витков в обмотках ротора индуцированное напряжение выше, чем индуцированный ток. Когда двигатель включен, внешнее сопротивление, приложенное к обмоткам ротора, заставляет ток ротора ослаблять вращающееся магнитное поле статора.Это означает, что как только двигатель достигает полной скорости, сопротивление можно регулировать для управления скоростью вращения, что дает операторам возможность выбирать пусковой момент и рабочие характеристики. Индуктивное реактивное сопротивление и разность фаз между I и V могут быть уменьшены, что позволяет двигателю обеспечивать высокий пусковой крутящий момент. По сравнению со стандартными двигателями с короткозамкнутым ротором сложность и необходимость технического обслуживания контактных колец и щеток высоки. Тем не менее, в приложениях с высокими инерционными нагрузками, таких как большие вентиляторы, насосы и мельницы, конструкция с фазным ротором позволяет постепенное ускорение нагрузки за счет управления скоростью и крутящим моментом.

Преимущества трехфазного асинхронного двигателя

  • Они имеют простую конструкцию и прочную конструкцию, что делает их долговечными и простыми в использовании.
  • Стоимость обслуживания трехфазных асинхронных двигателей значительно ниже по сравнению с однофазными асинхронными двигателями.
  • Наиболее важной особенностью, которая делает трехфазные асинхронные двигатели широко применяемыми в промышленности, является то, что они самозапускаются и не требуют какого-либо внешнего механизма для запуска вращения ротора.Вращающееся магнитное поле, создаваемое Y-образной структурой обмоток статора, достаточно эффективно для создания пускового момента, чего нет в однофазных асинхронных двигателях.
  • Разделение трехфазного входного переменного тока в трехфазном асинхронном двигателе вызывает распределение нагрузки и делает двигатель более эффективным с точки зрения характеристик скорости-момента.
  • Ротор трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором не имеет физического электрического соединения, что позволяет избежать потерь тока, которые могут возникнуть во время передачи.
  • Трехфазный асинхронный двигатель работает во вращающемся магнитном поле с постоянной величиной, то есть крутящий момент постоянный, а не пульсирующий.
  • Постоянное магнитное поле также снижает вибрацию двигателя.

Недостатки трехфазного асинхронного двигателя

  • Трехфазный асинхронный двигатель потребляет больше тока в условиях небольшой нагрузки из-за низкого коэффициента мощности. В результате происходит большая утечка меди и низкий КПД.
  • Для управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя требуется больше электрических компонентов, что приводит к сложному электрическому механизму.
  • Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой ток. Это вызывает снижение напряжения во время запуска.

Приложения

Трехфазные асинхронные двигатели в основном используются в промышленных условиях. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором используются как в быту, так и в промышленности, особенно там, где не требуется регулирование скорости двигателя, например, в погружных насосах, прокатных прессах, шлифовальных машинах, конвейерах, компрессорах напольных мельниц и т. Д.Двигатели с фазным ротором, напротив, используются в приложениях с большой нагрузкой, требующих высокого пускового момента, например, в лифтах, кранах, линейных валах, мельничных прессах и т. Д.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазные асинхронные двигатели практически идентичны трехфазным асинхронным двигателям; однако эти двигатели работают от однофазного источника переменного тока. Однофазные асинхронные двигатели широко используются в маломощных устройствах, например, в бытовых приборах. Они меньше по размеру и дешевле в производстве.Поскольку большинство этих двигателей имеют дробную мощность в киловаттах, они также известны как двигатели с дробной мощностью. Статор однофазного асинхронного двигателя представляет собой неподвижную часть с многослойной конструкцией, состоящей из штамповок, аналогичной таковой у трехфазного асинхронного двигателя. Обмотка статора поддерживается пазами на краю этих штамповок. Для активации этой обмотки используется однофазный источник переменного тока. Ротор состоит из пазов, заполненных токопроводящими алюминиевыми или медными стержнями. Индуцированное магнитное поле в роторе будет взаимодействовать с магнитным полем статора, образуя вращающееся поле.Даже с одной обмоткой это поле заставляет двигатель работать в том направлении, в котором он был запущен. Однако, когда двигатели подключены к нагрузке, невозможно обеспечить начало вращения. Чтобы обойти эту трудность, однофазный двигатель временно преобразуется в двухфазный двигатель, чтобы обеспечить вращающийся поток. Помимо основной обмотки статора предусмотрена пусковая обмотка. Пусковая или вспомогательная обмотка сделана очень резистивной, а основная или рабочая обмотка — очень индуктивной.Из-за огромной разницы фаз между этими двумя двигателями создается достаточный крутящий момент для вращения ротора.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

В однофазном асинхронном двигателе с расщепленной фазой, также известном как двигатель с резистивным пуском, вспомогательная или пусковая обмотки расположены на 90 ° от основных обмоток статора. Вспомогательные обмотки вместе с резистором подключаются к основным обмоткам последовательно и параллельно источнику переменного тока. Вспомогательная обмотка имеет несколько витков небольшого диаметра.Вспомогательные обмотки создают разность фаз между обоими потоками, создаваемыми основной обмоткой и обмоткой ротора. Когда двигатель развивает от 75 до 80% максимальной скорости, центробежный выключатель отключает эту обмотку, что неэффективно в рабочих условиях. В этом случае двигатель работает только от основной обмотки статора. Такой подход дает очень небольшую разность фаз, и, следовательно, пусковой момент в этих двигателях очень низкий. В результате они используются в приложениях, требующих умеренного начального крутящего момента, например, в вентиляторах, воздуходувках или шлифовальных машинах.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Этот двигатель представляет собой более сложный вариант асинхронного двигателя с расщепленной фазой. Индукции с разделением фаз недостаточно для создания высокого крутящего момента, поскольку разность фаз, вызванная вспомогательными обмотками, мала. Этот недостаток устраняется в конденсаторном пусковом двигателе путем последовательного включения конденсатора со вспомогательной обмоткой. Этот двигатель оснащен конденсатором сухого типа, работающим на переменном токе. Тем не менее, этот конденсатор не используется постоянно.В этой схеме также используется центробежный переключатель, который отключает конденсатор и вспомогательную обмотку, когда двигатель работает на 75-80% синхронной скорости. Конденсатор потребляет большую разность фаз между током, протекающим через основные обмотки, и током, протекающим через вспомогательные обмотки. В результате, по сравнению с асинхронным двигателем с расщепленной фазой, пусковой крутящий момент этого двигателя чрезвычайно высок и даже на 300 процентов превышает полную нагрузочную способность асинхронного двигателя с разъемной поверхностью.Этот двигатель используется в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в токарных станках, компрессорах, сверлильных станках и т. Д.

Конденсатор пусковой конденсатор Асинхронный двигатель

Конденсаторный пусковой конденсаторный двигатель имеет два конденсатора в параллельной конфигурации, подключенных последовательно к вспомогательной обмотке. Один из этих двух конденсаторов используется исключительно для инициирования (пусковой конденсатор) и имеет высокое значение емкости, а другой постоянно соединен с двигателем (рабочий конденсатор) и имеет низкое значение емкости.Пусковой конденсатор соединен последовательно с центробежным выключателем, который выключается, когда скорость двигателя достигает 70% от скорости. Рабочий конденсатор улучшает коэффициент мощности двигателя, обеспечивая дополнительный заряд переменного тока. В рабочем режиме к двигателю подключены как рабочая, так и вспомогательная обмотки. Пусковой момент и КПД этого двигателя очень высоки. Следовательно, это можно использовать в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в холодильнике, кондиционере, потолочном вентиляторе, компрессоре и т. Д.

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель с самозапуском и медным кольцом, затеняющим полюса статора. Это медное кольцо служит вторичной обмоткой двигателя, и когда питание подается на статор, в медных кольцах индуцируется магнитный поток. Поток медного кольца взаимодействует с потоком обмоток статора, создавая вращающееся магнитное поле. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами состоит из ротора с короткозамкнутым ротором, который взаимодействует с вращающимся магнитным полем.Это взаимодействие создает крутящий момент в роторе и вращает его. Важно отметить, что асинхронный двигатель с экранированными полюсами может вращаться только в одном направлении. Эти двигатели не обладают хорошим коэффициентом мощности и в основном используются в качестве реле в таких устройствах, как вентиляторы, фены, проекторы, проигрыватели и т. Д.

Преимущества однофазных асинхронных двигателей

Основным преимуществом однофазного асинхронного двигателя является простота сборки и сборки. Асинхронный двигатель работает независимо от состояния окружающей среды.В результате двигатель получается мощный и механически прочный.

Недостатки однофазных асинхронных двигателей

Хотя однофазные двигатели механически просты, известно, что они работают медленно или перегреваются при высокой нагрузке. Более того, поскольку однофазные двигатели не запускаются автоматически, они требуют дополнительных схем для запуска, что, в свою очередь, дает больше места для коротких замыканий и отказов.

Двигатель однофазный с коротким замыканием. Однофазные асинхронные двигатели.Устройство и принцип работы

Простота преобразования переменного напряжения сделала его наиболее широко используемым в источниках питания. В области конструирования электродвигателей было обнаружено еще одно преимущество переменного тока: возможность создания вращающегося магнитного поля без дополнительных преобразований или с их минимальной величиной.

Таким образом, даже несмотря на определенные потери из-за реактивного (индуктивного) сопротивления обмоток, простота создания электродвигателей переменного тока способствовала победе над источниками постоянного тока в начале 20 века.

В принципе двигатели переменного тока можно разделить на две группы:

Асинхронные

В них скорость вращения ротора отличается от скорости вращения магнитного поля, поэтому они могут работать с разными скоростями. Этот тип электродвигателей переменного тока наиболее распространен в наше время. Синхронный

Эти двигатели имеют жесткую зависимость между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля. Они более сложны в изготовлении и менее гибки в применении (изменение скорости при фиксированной частоте питающей сети возможно только путем изменения числа полюсов статора).

Они находят применение только при больших мощностях в несколько сотен киловатт, где их больший КПД по сравнению с асинхронными электродвигателями существенно снижает тепловые потери.

ИНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Самый распространенный тип асинхронного двигателя — это электродвигатель с короткозамкнутым ротором, у которого в наклонных пазах ротора с концов, соединенных кольцами, уложен набор токопроводящих стержней.

История этого типа электродвигателей насчитывает более ста лет, когда было обнаружено, что проводящий объект, помещенный в зазор сердечника электромагнита переменного тока, стремится вырваться из него из-за возникновения индукции ЭДС с встречно направленный вектор.

Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет никаких механически контактирующих компонентов, кроме подшипников ротора, что обеспечивает этот тип двигателя не только низкой ценой, но и высочайшей долговечностью. Благодаря этому электродвигатели этого типа получили наибольшее распространение в современной промышленности.

Однако у них есть определенные недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании асинхронных электродвигателей этого типа:

Большой пусковой ток — поскольку в момент включения асинхронного бесщеточного электродвигателя реактивное сопротивление статора на обмотку по-прежнему не действует магнитное поле, создаваемое ротором, возникает сильный скачок тока, в несколько раз превышающий номинальный ток потребления.

Эта особенность работы двигателей этого типа должна быть заложена во все проектируемые источники питания во избежание перегрузок, особенно при подключении асинхронных электродвигателей к мобильным генераторам с ограниченной мощностью.

Низкий пусковой момент — электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой имеют ярко выраженную зависимость момента от оборотов, поэтому включение их под нагрузкой крайне нежелательно: время выхода на номинальный режим и пусковые токи значительно увеличиваются, обмотка статора перегружен.

Например, это происходит при включении глубинных насосов — в электрических цепях их питания необходимо учитывать пяти-семикратный запас по току.

Невозможность прямого пуска в однофазных цепях тока — чтобы ротор начал вращаться, необходимо запустить толчковый режим или ввести дополнительные фазные обмотки, сдвинутые по фазе относительно друг друга.

Для пуска асинхронного двигателя переменного тока в однофазной сети либо вручную отключают пусковую обмотку после раскрутки ротора, либо включают вторую обмотку через фазовращающий элемент (чаще всего конденсатор необходимой емкости) .

Нет возможности получения высокой скорости — Хотя вращение ротора не синхронизировано со скоростью вращения магнитного поля статора, оно не может превзойти ее, поэтому в сети 50 Гц максимальные обороты для асинхронного двигателя с белкой обоймы ротора не более 3000 об / мин.

Увеличение скорости асинхронного двигателя требует использования преобразователя частоты (инвертора), что делает такую ​​систему более дорогой, чем коллекторный двигатель. Кроме того, с увеличением частоты возрастают реактивные потери.

Сложность организации реверса — это требует полной остановки двигателя и перегруппировки фаз, в однофазном варианте — смещения фаз в пусковой или второй фазной обмотке.

Наиболее удобно использование асинхронного электродвигателя в промышленной трехфазной сети, так как создание вращающегося магнитного поля осуществляется самими фазными обмотками без дополнительных устройств.

Фактически, цепь, состоящая из трехфазного генератора и электродвигателя, может рассматриваться как пример электрической трансмиссии: привод генератора создает в ней вращающееся магнитное поле, которое преобразуется в колебания электрического тока, который в свою очередь приводит во вращение магнитное поле в двигателе.

Кроме того, именно при трехфазном питании асинхронные двигатели имеют наибольший КПД, поскольку в однофазной сети магнитное поле, создаваемое статором, фактически может быть разложено на два противофазных поля, что увеличивает бесполезные потери. по насыщенности сердечника. Поэтому мощные однофазные электродвигатели обычно выполняются по коллекторной схеме.

КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В электродвигателях этого типа магнитное поле ротора создается фазными обмотками, подключенными к коллектору.Собственно, коллектор двигателя переменного тока отличается от двигателя постоянного тока только тем, что в его расчет входит реактивное сопротивление обмоток.

В некоторых случаях создаются даже обычные коллекторные двигатели, в которых обмотка статора имеет ответвление от незавершенной части для подключения к сети переменного тока, а источник тока может быть подключен на всю длину обмотки.

Преимущества этого типа двигателя очевидны:

Возможность работы на высоких оборотах позволяет создавать коллекторные электродвигатели со скоростью до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту, знакомые всем по электродрели.

Нет необходимости в дополнительных триггерах в отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором.

Высокий пусковой момент, ускоряющий выход на рабочий режим, в том числе под нагрузкой. Более того, крутящий момент коллекторного двигателя обратно пропорционален оборотам, и когда нагрузка увеличивается, это позволяет избежать снижения скорости вращения.

Легкость регулирования скорости — поскольку они зависят от напряжения питания, достаточно иметь простейший симисторный стабилизатор напряжения, чтобы регулировать скорость вращения в самых широких пределах.При выходе из строя регулятора коллекторный двигатель можно подключить напрямую к сети.

Меньше инерция ротора — его можно сделать намного компактнее, чем при коротком замыкании, так что сам коллекторный двигатель станет заметно меньше.

Также коллекторный двигатель можно элементарно реверсировать, что особенно важно при создании разнообразных электроинструментов и ряда станков.

По этим причинам коллекторные двигатели широко распространены у всех однофазных потребителей, где необходимо гибкое регулирование скорости: в ручных электроинструментах, пылесосах, кухонных приборах и т. Д.Однако ряд конструктивных особенностей определяют специфику работы коллекторного двигателя:

Коллекторные двигатели

требуют регулярной замены щеток, которые со временем изнашиваются. Изнашивается и сам коллектор, а вот мотор с короткозамкнутым ротором, как уже говорилось выше, при нечастой замене подшипников практически вечен.

Неизбежное искрение между коллектором и щетками (причина появления привычного запаха озона при работе двигателя коллектора) не только дополнительно снижает ресурс, но и требует повышенных мер безопасности при эксплуатации из-за вероятности возгорание горючих газов или пыли.

© 2012-2017 г. Все права защищены.

Все материалы на сайте носят исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов.

Электродвигатель однофазный 220В — это отдельный механизм, который широко используется для установки в различные устройства. Его можно использовать в бытовых и промышленных целях. Питание электродвигателя осуществляется от обычной розетки, где обязательно есть мощность не менее 220 вольт. Стоит обратить внимание на частоту 60 герц.

На практике было доказано, что однофазный двигатель 220 В продается вместе с устройствами, которые помогают преобразовывать энергию электрического поля , а также накапливают необходимый заряд с помощью конденсатора. Современные модели, которые изготавливаются по инновационным технологиям, электродвигатели 220В дополнительно оснащаются оборудованием для освещения рабочего места устройства. Это касается внутренних и внешних частей.

Важно помнить, что емкость конденсатора должна сохраняться с соблюдением всех основных требований.Оптимальный вариант — это место, где температура воздуха остается неизменной и не подвержена никаким колебаниям. В помещении не следует понижать температурный режим до минусового значения.

Во время эксплуатации двигателя специалисты рекомендуют время от времени измерять емкость конденсатора.

Асинхронные двигатели сейчас широко используются в различных производственных процессах. Для разных приводов используется данная модель электродвигателя. Однофазные асинхронные конструкции служат для привода деревообрабатывающих станков, насосов, компрессоров, промышленных вентиляционных устройств, конвейеров, лифтов и многого другого оборудования.

Электродвигатель также используется для привода малой механизации. Сюда входят измельчители кормов и бетономешалки. Покупайте эти конструкции только у проверенных поставщиков. Перед приобретением желательно проверить сертификаты соответствия и гарантию производителя.

Поставщики должны предоставлять своим клиентам обслуживание электродвигателя в случае поломки или поломки. Это одна из основных составляющих, которая завершается при сборке насосного агрегата.

Существующие серии электродвигателей

Сегодня промышленные предприятия выпускают однофазные электродвигатели 220В следующих серий:

Абсолютно все двигатели подразделяются на конструкцию , способ установки, а также степень защиты. Это позволяет защитить конструкцию от влаги или механических частиц.

Характеристики электродвигателей серии А

Электродвигатели однофазные серии А унифицированных асинхронных исполнений.Они закрываются от внешних воздействий посредством короткозамкнутого ротора.

В конструкции двигателя имеются следующие группы исполнения:

Стоимость однофазного мотора 220В зависит от серии.

Какие бывают типы двигателей?

Двигатели однофазные предназначены для комплектования электроприводов бытового и промышленного назначения. Такие конструкции изготавливаются в соответствии с государственными стандартами.

Области использования. Асинхронные двигатели малой мощности (15 — 600 Вт) используются в автоматических устройствах и электроприборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования скорости.В электроприборах и автоматах обычно используются однофазные микродвигатели, так как эти устройства и устройства обычно питаются от однофазной сети переменного тока.

Принцип работы и устройство однофазного двигателя. Обмотка статора однофазного двигателя (Рисунок 4.60, a) расположена в канавках, которые занимают примерно две трети окружности статора, что соответствует паре полюсов. В итоге

(см. Главу 3), распределение MDS и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному.Поскольку переменный ток проходит через обмотку, MDS пульсирует с частотой сети во времени. Индукция в произвольной точке воздушного зазора

дюймов x = дюймов sinωtcos (πx / τ) .

Таким образом, в однофазном двигателе обмотка статора создает стационарный поток, который изменяется со временем, а не круговой вращающийся поток, как в трехфазных двигателях с симметричной мощностью.

Для упрощения анализа свойств однофазного двигателя представим (4.99) в виде

При x = 0,5 В, sin (ωt — πx / τ) + 0,5 В sin (ωt + πx / τ), .

, то есть мы заменяем фиксированный пульсирующий поток суммой одинаковых круговых полей, вращающихся в противоположных направлениях и имеющих одинаковые частоты вращения: n 1pr = n 1ob = n 1. Поскольку свойства асинхронного двигателя с вращающимся круговым полем подробно рассматриваются в § 4.7 — 4.12, анализ свойств однофазного двигателя может быть сведен к рассмотрению совместного действия каждого из вращающихся полей.Другими словами, однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей, роторы которых жестко связаны (рис. 4.60, б), с противоположным направлением вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов. М пр и М обр. Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называется прямым; поле обратного направления — обратное или обратное.

Предположим, что направление вращения роторов совпадает с направлением одного из вращающихся полей, например с n пр.Затем скольжение ротора относительно потока F и т. Д.

с pr = (n 1pr — n 2) / n 1pr = (n 1 — n 2) / n 1 = 1 — n 2 / n 1. .

Скольжение ротора относительно потока

s ob = (n 1obr + n 2) / n 1obr = (n 1 + n 2) / n 1 = 1 + n 2 / n 1. .

Из (4.100) и (4.101) следует, что

с o6p = 1 + n 2 / n 1 = 2 — с пр. .

Электромагнитные моменты M пр и M обр, образованные прямым и обратным полями, направлены в противоположные стороны, и результирующий момент однофазного двигателя M Разрез равен разности моментов при одинаковая частота вращения ротора.

На рис. 4.61 приведена зависимость M = f (s) для однофазного двигателя. Рассматривая чертеж, можно сделать следующие выводы:

а) однофазный двигатель не имеет пускового момента; он вращается в том направлении, в котором его приводит в движение внешняя сила; б) частота вращения однофазного двигателя на холостом ходу меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за тормозного момента, создаваемого возвратным полем;

в) характеристики однофазного двигателя хуже, чем у трехфазного; имеет повышенное скольжение при номинальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную способность, что также объясняется наличием обратного поля;

г) мощность однофазного двигателя составляет примерно 2/3 мощности трехфазного двигателя того же типоразмера, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 2/3 пазов статора.Заполнить все канавки статора

из-за небольшого коэффициента намотки расход меди увеличивается примерно в 1,5 раза, а мощность увеличивается только на 12%.

Пусковые устройства. Для получения пускового момента однофазные двигатели имеют пусковую обмотку, смещенную на 90 электрических градусов относительно основной рабочей обмотки. На период пуска пусковая обмотка подключается к сети через фазосдвигающие элементы — емкость или активное сопротивление.После окончания разгона двигателя пусковая обмотка отключается, при этом двигатель продолжает работать как однофазная обмотка. Поскольку пусковая обмотка работает непродолжительное время, она сделана из провода с меньшим сечением, чем рабочая, и набита в меньшее количество канавок.

Рассмотрим подробно процесс пуска при использовании емкости С в качестве фазосдвигающего элемента (рис. 4.62, а). На пусковой обмотке P напряжение
дюйм = Ú 1– Ú С = Ú 1 + jÍ 1 P X C , т.е.е., оно сдвинуто по фазе относительно сетевого напряжения U 1, приложенного к рабочей обмотке R . Следовательно, векторы тока в рабочих обмотках I 1p и пусковых I In смещены по фазе на некоторый угол. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конденсатора, можно получить пусковой режим, близкий к симметричному (рис. 4.62, б), т.е. получить круговое вращающееся поле. На рис. 4.62 в представленных зависимостях M = f (s) для двигателя с включенной (1) и выключенной пусковой обмоткой (кривая 2).Запуск двигателя осуществляется по детали ab Характеристики 1; в точке b отключается пусковая обмотка, и в дальнейшем двигатель работает на части cO характеристики 2.

Поскольку включение второй обмотки значительно улучшает механические характеристики двигателя, в некоторых случаях используются однофазные двигатели, у которых обмотки A и B

включены постоянно (рис. 4.63, а). Такие двигатели называют конденсаторными.

Обе обмотки конденсаторных двигателей, как правило, занимают одинаковое количество канавок и имеют одинаковую мощность. Когда конденсаторный двигатель запускается для увеличения пускового момента, рекомендуется иметь увеличенную емкость C p + C n. После разгона двигателя в соответствии с характеристикой 2 (рисунок 4.63, б) и уменьшения тока некоторые конденсаторы Cn отключаются, так что при номинальном режиме работы (когда ток двигателя становится меньше, чем при пуске), увеличивается емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся поле.В этом случае двигатель работает по характеристике 1.

Конденсаторный двигатель имеет высокий cos φ. Недостатками его являются относительно большая масса и габариты конденсатора, а также появление несинусоидального тока с искажениями питающего напряжения, что в некоторых случаях приводит к пагубному воздействию на линию связи.

При легких пусковых условиях (небольшой момент нагрузки в период пуска) пускают двигатели R (рисунок 4.64, а).Наличие активного сопротивления в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз φ n между напряжением и током в этой обмотке (рис. 4.64, б), чем сдвиг фаз φ p в рабочей обмотке. В связи с этим токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол φ p — φ n и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, за счет которого возникает пусковой момент. Двигатели с пусковым сопротивлением надежны в эксплуатации, выпускаются серийно.Пусковое сопротивление встроено в корпус двигателя и охлаждается тем же воздухом, который охлаждает весь двигатель.

Однофазные микродвигатели с экранированными полюсами. В этих двигателях обмотка статора, соединенная с сеткой, обычно сосредоточена и усилена на четко выраженных полюсах (рис. 4.65, а), листы которых штампуются вместе со статором. На каждом полюсе один из наконечников покрыт вспомогательной обмоткой, состоящей из одного или нескольких короткозамкнутых витков, которые экранируют от 1/5 до 1/2 полюсов.Ротор двигателя короткозамкнутый обычного типа.

Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора (ток полюса), можно представить как сумму двух составляющих (рис. 4.65, б), где n — поток, проходящий через часть полюса, не покрытую коротким замыканием. -замкнутая катушка; Ф n2 — поток, проходящий через часть полюса, экранированную короткозамкнутым витком.

Потоки Ф п1 и Ф n2 проходят через разные части полюсного наконечника, то есть смещены в пространстве на угол β.Кроме того, они сдвинуты по фазе относительно обмоток статора MDS F n под разными углами — γ 1 и γ 2. Это объясняется тем, что каждый полюс описываемого двигателя можно рассматривать в первом приближении как трансформатор, первичная обмотка которого является обмоткой статора, а вторичная обмотка — короткозамкнутой обмоткой. Протекание обмотки статора вызывает короткое замыкание ЭДС E на (рисунок 4.65, c), в результате чего возникает ток I to и MDS F to, развивающийся с MDS F. н обмотки статора.Реактивная составляющая тока I k уменьшает поток Φ n2, а активная смещает его по фазе относительно MDS F и т. Д. Поскольку поток Ф п1 не включает короткозамкнутый виток, угол γ 1 имеет относительно небольшая величина (4-9 °) — примерно такая же, как фазовый угол между током трансформатора и МДС первичной обмотки в режиме холостого хода. Угол γ 2 намного больше (около 45 °), т.е. как в трансформаторе со вторичной обмоткой, закороченной (например, в трансформаторе измерения тока).Это объясняется тем, что потери мощности, от которых зависит угол γ 2, определяются не только магнитными потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутой катушке.

Рис. 4.65. Расчетные схемы однофазного двигателя с экранированными полюсами и его векторная диаграмма
:
1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — шприц
катушка; 4 — Ротор ; 5 — полюс

Потоки Ф п1 и Ф n2, смещенные в пространстве на угол β и сдвинутые по фазе во времени на угол γ = γ 2 — γ 1, образуют эллиптическое вращающееся магнитное поле (см. Главу 3), компенсирующее вращательный момент воздействуя на ротор двигателя в направлении от первого полюсного наконечника, не охваченного короткозамкнутым витком, ко второму наконечнику (в соответствии с чередованием максимумов «фазовых» потоков).

Для увеличения пускового момента рассматриваемого двигателя за счет приближения его вращающего поля к круговому применяют различные методы: между полюсными наконечниками соседних полюсов, магнитные шунты, усиливающие магнитную связь между основной обмоткой и закороченным витком. и улучшить форму магнитного поля в воздушном зазоре; увеличить воздушный зазор под наконечником, не перекрытый короткозамкнутым витком; используйте два или более короткозамкнутых витка на одном наконечнике с разными углами охвата.Есть также двигатели без короткозамкнутых витков на полюсах, но с асимметричной магнитной системой: различные конфигурации отдельных частей полюса и разные воздушные зазоры. Такие двигатели имеют меньший пусковой момент, чем двигатели с экранированными полюсами, но их КПД выше, так как у них нет потерь мощности в короткозамкнутых витках.

Рассмотренные конструкции двигателей с экранированными полюсами нереверсивны. Для реализации реверса в таких двигателях вместо короткозамкнутых катушек используются катушки В1, В2, В3 и АТ 4 (рисунок 4.65, на ), каждый из которых охватывает половину полюса. Замыкнув пару катушек IN 1 и AT 4 или AT 2 и AT 3 , можно экранировать одну или другую половину полюса и тем самым изменить направление вращения магнитного поля и ротор.

Двигатель с экранированными полюсами имеет ряд существенных недостатков: относительно большие габаритные размеры и масса; низкий cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; низкий КПД η = 0,25 ÷ 0,4 из-за больших потерь в короткозамкнутой катушке; малый пусковой момент и др.Достоинства двигателя — простота конструкции и, как следствие, высокая надежность в эксплуатации. Из-за отсутствия зубцов на статоре шум двигателя незначительный, поэтому его часто используют в устройствах для воспроизведения музыки и речи.

3-7. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННЫХ ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

На рис. 3-16 показано устройство асинхронного однофазного двигателя типа АОЛБ со встроенным пусковым резистором. Статор электродвигателя собран из штампованных листов электротехнической стали 15, спрессован и залит в алюминиевый корпус (корпус статора) с двойными стенками 13.Между стенками образованы каналы для воздушного охлаждения поверхности статора. На заточку корпуса статора ставятся две крышки 2 и 17, отлитые из алюминиевого сплава.

Передняя крышка 17 снабжена штампованной крышкой 18 с отверстиями на торце. Через эти отверстия при вращении ротора вентилятор 19, установленный на конце вала ротора, забирает воздух. Вентилятор отлит из алюминиевого сплава и крепится к валу винтом.

В листах статора выбито 24 паза грушевидной формы.Из них 16 пазов заняты проводам рабочей обмотки, а 8 пазов — проводам пусковой обмотки. Выводные концы рабочей и пусковой обмоток выведены на контактные винты 4, расположенные в клеммной коробке 11. Сердечник ротора собран из листов электротехнической стали 12 и прижат к гофрированной поверхности средней части вала 1. алюминиевая обмотка 14 с замыкающими кольцами и лопастями вентилятора заделана в пазы ротора. Назначение вентилятора — отводить нагретый воздух к охлаждаемым внешним стенкам корпуса.

Центробежный выключатель пусковой обмотки установлен на роторе. Он состоит из двух рычагов 7 с противовесами 9, установленных на осях 8, которые прижаты к четырем лопастям вентилятора. Рычаги прижимаются пальцами 6 к пластмассовой втулке 5, свободно сидящей на валу. При разгоне ротора, когда частота его вращения приближается к номинальной, противовесы расходятся под действием центробежной силы, поворачивая рычаги вокруг осей.

В этом случае втулка 5 перемещается вправо, сжимая пружину 10, и освобождает контакт пружины 4, замыкающий цепь пусковой обмотки.Этот контакт с неподвижным ротором замыкается концом втулки с неподвижным контактом 3.

Подвижный и неподвижный контакты закреплены на изоляционной пластине к задней крышке электродвигателя 2. На ней закреплено тепловое реле, отключающее электродвигатель от сети при его перегреве. Стенд 16 с четырьмя шпильками служит для крепления двигателя.

Схема включения электродвигателя представлена ​​на рис. 3-17.

Напряжение питания подается на клеммы C 1 и C 2.С этих выводов напряжение подается на рабочую обмотку через контакты теплового реле РТ, состоящего из обмотки, биметаллической пластины и контактов. При нагреве мотора выше допустимой пластины контакты загибаются и размыкаются. При коротком замыкании обмотки теплового реле будет протекать большой ток, пластина будет быстро нагреваться и размыкать контакты. В этом случае рабочая C и пусковая P обмотки будут обесточены, так как обе запитаны через тепловое реле.Таким образом, тепловое реле защищает двигатель как от перегрузки, так и от короткого замыкания.

Пусковая обмотка запитана от выводов С 1 и С 2 через перемычку С 2 -P 1, контакты центробежного выключателя VC, перемычку VC-RT, контакты теплового реле PT. При запуске двигателя, когда ротор достигает скорости 70-80% от номинальной, контакты центробежного выключателя размыкаются и пусковая обмотка отключается от сети. При включении электродвигателя, когда частота вращения ротора уменьшается, контакты центробежного переключателя снова замыкаются и пусковая обмотка будет готова к следующему пуску.

На рис. 3-18 показана конструкция асинхронного электродвигателя типа АВЕ. Эти двигатели подключены к сети с постоянно включенной вспомогательной обмоткой, цепь которой последовательно соединена с конденсатором (рисунки 3-9). Электродвигатели типа ABE не имеют твердого тела и поэтому называются встраиваемыми. С приводным механизмом моторы крепятся фланцем или кронштейном.

Корпус электродвигателя представляет собой пакет сердечника статора 1, который собран из листов электротехнической стали 0.Толщиной 5 мм. Пакет запрессован и герметизирован алюминиевым сплавом. На концах статора расположены нажимные кольца 5 и четыре алюминиевых стержня, стягивающие их вместе. Катушки 6 рабочей и вспомогательной обмоток заделаны в пазы статора. На нажимных кольцах 5, подшипниковых щитках 4 и 7. Через резиновую втулку 9 в подшипниковом щите концы обмоток 8 выводятся для выхода в сеть. Щиты подшипников стянуты четырьмя шпильками.

Ротор электродвигателя собран из листов электротехнической стали и покрыт алюминием 2. Наряду с обмоткой ротора отформованы крылья вентилятора для охлаждения электродвигателя. Ротор вращается в двух шарикоподшипниках 3.

Электродвигатели имеют буквенно-цифровые и цифровые обозначения типа, например электродвигатель ABE 041-2 расшифровывается следующим образом: А — асинхронный, В — встроенный, Е — однофазный,

4 — номер оболочки, 1 — порядковый номер длины сердечника статора и цифра 2 через тире — количество полюсов.

3-8. СИНХРОННЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

В некоторых случаях требуются электродвигатели, скорость вращения которых должна быть строго постоянной независимо от нагрузки. В качестве таковых используются синхронные двигатели, в которых частота вращения ротора всегда равна частоте вращения магнитного поля и определяется из (3-2). Существует много типов синхронных двигателей как для трехфазного, так и для однофазного тока. Здесь мы рассматриваем только два самых простых типа однофазных синхронных двигателей: реактивный и конденсаторный реактивный.

На рис. 3-19 показана схематическая диаграмма простейшего однофазного реактивного двигателя, известного в данной области техники, называемого колесом La Cura. Статор 1 и ротор 2 собраны из экструдированных листов электротехнической стали. Катушка, питаемая от однофазной сети переменного тока, намотана на статор, создавая пульсирующее магнитное поле. Название реактивного двигателя связано с тем, что ротор вращается за счет реакций двух сил магнитного притяжения.

При пульсирующем поле двигатель не имеет пускового момента и должен раскручиваться вручную.Магнитные силы, действующие на зубья ротора, всегда стремятся разместить его напротив полюсов статора, поскольку в этом положении сопротивление магнитному потоку будет минимальным. Однако ротор по инерции проходит это положение в то время, когда пульсирующее поле уменьшается. При следующем увеличении магнитного поля магнитные силы действуют на другой зуб ротора, и его вращение продолжится. Для стабильности хода ротор реактивного двигателя должен иметь большую инерцию.

Реактивные двигатели стабильно работают только на небольшой скорости около 100-200 об / мин. Их мощность обычно не превышает 10-15 Вт. Частота ротора определяется частотой питающей сети f и числом зубьев ротора Z. Поскольку за один полупериод изменения магнитного потока ротор вращается на 1 / Z оборота, в За 1 минуту, содержащую 60 полупериодов 2 f, он повернется на 60 оборотов 2 f / Z. При частоте переменного тока 50 Гц частота вращения ротора составляет:

Для увеличения крутящего момента увеличьте количество зубцов на статоре.Наибольшего эффекта можно добиться, сделав на статоре столько же зубцов, сколько на роторе. В этом случае магнитное притяжение будет действовать одновременно не на пару зубцов, а на все зубья ротора, и крутящий момент значительно возрастет. В таких двигателях обмотка статора состоит из небольших катушек, намотанных на обод статора между зубьями. В электрических регистраторах старых типов применялся электродвигатель с 77 зубьями на статоре и роторе, обеспечивающий скорость вращения диска 78 об / мин.Ротор находился заодно с диском, на котором размещалась пластина. Для запуска электродвигателя необходимо было нажать пальцем на диск.

Статор синхронного конденсаторного реактивного двигателя ничем не отличается от статора конденсаторного асинхронного электродвигателя. Ротор электродвигателя можно изготовить из ротора асинхронного электродвигателя, выполнив в нем пазы по количеству полюсов (рисунки 3-20). При этом у беличьей клетки частично срезаются стержни.При изготовлении таких электродвигателей с листами ротора штампованными с выступами полюсов часть стержней с короткозамкнутым ротором играет роль пусковой обмотки. Ротор начинает вращаться так же, как ротор асинхронного электродвигателя, затем он втягивается синхронно с магнитным полем, а затем вращается с синхронной частотой.

Качество работы конденсаторного двигателя сильно зависит от рабочего режима, в котором электродвигатель имеет круговое вращающееся поле.Эллиптичность поля в синхронном режиме приводит к увеличению шума, вибраций и нарушению равномерности вращения. Если круговое вращающееся поле возникает в асинхронном режиме, двигатель имеет хороший пусковой момент, но небольшие моменты входа и выхода из синхронизма. Когда круговое поле смещается в сторону более высоких частот, пусковой крутящий момент уменьшается, а время входа и выхода синхронизма увеличивается. Наибольшие моменты входа и выхода из синхронизма получаются в том случае, когда круговое вращающееся поле имеет место в синхронном режиме.Однако в этом случае пусковой момент значительно снижается. Для его увеличения обычно несколько повышают сопротивление короткозамкнутой обмотки ротора.

Недостатком некоторых типов конденсаторных реактивных двигателей является заедание ротора, заключающееся в том, что при запуске ротор не вращается, а останавливается в любом положении.

Обычно заедание ротора проявляется в двигателях с неудачным соотношением размеров впадин и выступов полюсов.Наибольший реактивный момент при небольшой мощности, потребляемой электродвигателем, получается, когда отношение полюсной дуги bn к делению полюсов t составляет примерно 0,5-0,6, а глубина желобов h в 9-10 раз больше, чем у воздуха. зазор между полюсными выступами и статором.

Положительным свойством конденсаторных реактивных двигателей является высокий коэффициент мощности, который значительно выше, чем у трехфазных электродвигателей, и иногда достигает 0,9-0,95. Это связано с тем, что индуктивность конденсаторного двигателя в значительной степени компенсируется емкостью конденсатора.

Синхронные реактивные двигатели являются наиболее распространенными синхронными двигателями благодаря простоте конструкции, невысокой стоимости и отсутствию скользящих контактов. Они нашли применение в схемах синхронной связи, в установках звукового кино, звукозаписи и телевидения.

3-9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ КАК ОДНОФАЗНЫЕ

На практике встречаются случаи, когда трехфазный электродвигатель необходимо подключать к однофазной сети.Ранее считалось, что для этого требуется перемотка статора электродвигателя. В настоящее время разработано и испытано на практике множество схем включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть без изменения обмоток статора.

Конденсаторы используются как пусковые элементы.

Выводы обмотки статора трехфазного электродвигателя имеют следующие обозначения: С1 — начало первой фазы; C2 — начало второй фазы; СЗ-начало третьей фазы; С4 — окончание первой фазы; С5 — конец второй фазы; C6 — конец третьей фазы.Эти обозначения проштампованы на металлических бирках на подводящих проводах обмотки.

Обмотка трехфазного электродвигателя может быть соединена в звезду (рисунок 3-21, а) или в треугольник (рисунок 3-21, б). При подключении к звезде начало или конец всех трех фаз подключаются к одной точке, а остальные три клеммы подключаются к трехфазной сети. Соединяя в треугольник, соедините конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой.Из точек подключения возьмите выводы для подключения мотора к трехфазной сети.

Трехфазная система различает фазные и линейные напряжения и токи. При присоединении к звезде между ними сохраняются следующие отношения:

при соединении в треугольник

Большинство трехфазных электродвигателей производятся на два линейных напряжения, например, 127/220 В или 220/380 В. При более низком сетевом напряжении обмотка соединяется треугольником, а при более высоком напряжении — к звезда.У таких электродвигателей на плате: выводят все шесть выводных проводников обмотки.

Однако есть электродвигатели на одно сетевое напряжение, в которых обмотка соединена звездой или треугольником внутри электродвигателя, а к клеммной колодке подключены только три проводника. Конечно, в этом случае можно было бы разобрать электродвигатель, отключить межфазные соединения и сделать три дополнительных вывода. Однако этого нельзя сделать, используя одну из схем двигателя в однофазной сети, которые приведены ниже.

Принципиальная схема подключения трехфазного электродвигателя с шестью выводами к однофазной сети представлена ​​на рис. 3-22, а. Для этого две фазы соединяются последовательно и подключаются к однофазной сети, а третья фаза подключается к ним параллельно, включая пусковой элемент 1 с переключателем 2. Пусковым элементом может быть активное сопротивление или конденсатор. В этом случае рабочая обмотка займет 2/3 пазов статора, а пусковая 1/3.Таким образом, трехфазная обмотка обеспечивает необходимое соотношение пазов между рабочей и пусковой обмотками. При таком подключении угол между рабочей и пусковой обмотками составляет 90 ° эл. (Рисунок 3-22, б).

При последовательном соединении двух фаз необходимо убедиться, что они включены в соответствии с, а не наоборот, когда n. из. подключенные фазы вычитаются. Как видно из схемы на рис. 3-22, а, концы второй и третьей фаз C 5 и C 6 соединены с общей точкой.

Можно использовать трехфазный электродвигатель и в качестве конденсатора по схеме на рис. 3-23 с одним рабочим конденсатором 1 или с рабочим 1 и пусковым 2 конденсаторами. При такой схеме переключения емкость рабочего конденсатора мкФ определяется по формуле:

где I — номинальный ток двигателя, А; U — напряжение сети, В.

Трехфазный электродвигатель с тремя выводами и обмоткой статора, соединенной звездой, подключается к однофазной сети, как показано на рис.3-24. В этом случае емкость рабочего конденсатора определяется по формуле

Напряжение конденсатора U 1 = 1,3 U.

Трехфазный электродвигатель с тремя выводами и обмоткой статора, соединенной треугольником, подключается к однофазной сети, как показано на рис. 3-25. Емкость рабочего конденсатора определяется по формуле

Напряжение конденсатора U = 1,15 В.

Во всех трех случаях емкость пусковых конденсаторов может быть приблизительно определена из соотношения

При выборе схемы подключения следует руководствоваться напряжением, на которое рассчитан трехфазный двигатель, и напряжением однофазной сети.Фазное напряжение трехфазного

Пример. Трехфазный электродвигатель мощностью 250 Вт, напряжением 127/220 В с номинальным током 2 / 1,15 А следует включать в однофазную сеть напряжением 220 В.

При использовании схемы на рис. 3-24 емкость рабочего конденсатора:

напряжение на конденсаторе U 1 = 1,3 220 = 286 В.

Емкость пускового конденсатора

При использовании трехфазного электродвигателя в качестве однофазного его мощность снижается до 50%, в качестве однофазного конденсатора — до 70% от номинальной мощности трехфазного электродвигателя.

Н.В. Виноградов, Ю.Н. Виноградов
Как рассчитать и изготовить электродвигатель
Москва 1974

Что такое асинхронный двигатель? Принцип, работа, типы и применение

Асинхронный двигатель — это машина, которая просто работает по принципу индукционного типа. Его изобрел ученый Тесла, ранее проводивший несколько экспериментов по работе систем переменного тока. Позже было проведено несколько экспериментов для улучшения характеристик этого типа.Это привело к изобретениям генератора индукционного типа. Но этот тип имеет ограниченный доступ из-за некоторых минусов, чем плюсов этого генератора. Однако автомобильная функция востребована во многих областях, таких как промышленность и бытовая техника. В этой статье мы подробно рассмотрим этот тип, например, что такое асинхронный двигатель, принцип работы, типы, преимущества и области применения.

Что такое асинхронный двигатель (IM)? Асинхронный двигатель

— это устройство с одиночным возбуждением, которое работает по принципу взаимной индукции.Он похож на трансформатор, который также работает по тому же принципу. Разница между трансформатором и IM состоит в том, что трансформатор является статическим устройством, а IM — вращающимся устройством.

Принцип работы IM

IM работает по принципу взаимной индукции I, e всякий раз, когда проводник с током помещается в изменяющееся магнитное поле, в нем индуцируется ЭДС. Эта наведенная ЭДС в первичной обмотке (обмотке статора) индуцируется в короткозамкнутой вторичной обмотке (обмотке ротора) по принципу взаимной индукции.Трансформатор также работает по тому же принципу, но с постоянной частотой, но IM работает с переменной частотой.

Компоненты

IM состоит из двух основных компонентов. Это статор и ротор.

Статор — это неподвижная часть, а ротор — это вращающаяся часть. Обмотка, расположенная на статоре, действует как первичная обмотка, а ротор — как вторичная обмотка. Статор и ротор IM показаны на рисунке ниже.

Статор и ротор

Как запускается асинхронный двигатель

IM запускается с помощью вращающегося магнитного поля, которое развивает крутящий момент, который, в свою очередь, вращает ротор IM.

В зависимости от системы фаз питания, это может быть одно- или трехфазный IM в зависимости от заданного источника питания.

Однофазный IM не является самозапускающимся двигателем, тогда как трехфазный IM является самозапускающимся двигателем. Самозапуск двигателя зависит от создания крутящего момента из-за RMF.

Однофазный двигатель IM не производит RMF, поскольку он однофазный, поэтому это не самозапускающийся двигатель. Он запускается самостоятельно с помощью внешнего источника. Например, вентилятор, используемый в бытовых целях, запускается с помощью конденсатора.По этой причине вентилятор перестает работать без конденсатора.

Трехфазный IM производит RMF, который развивает крутящий момент, способный вращать ротор, так что это самозапускающийся двигатель.

Производство RMF в трехфазном асинхронном двигателе

RMF — это вращающееся магнитное поле, возникающее внутри IM, просто это изменение полярности между интервалами. RMF показан на рисунке ниже.

Вращающееся магнитное поле

Для производства RMF есть два основных требования:

  • Обмотки должны быть смещены под углом 120 градусов, как показано на рисунке ниже.
  • Уравновешенный ток должен течь по всем трем обмоткам.

Работа асинхронного двигателя

Когда трехфазное питание подается на обмотку статора двигателя, RMF будет развиваться с синхронной скоростью (N s ). Этот разработанный RMF будет вращаться внутри воздушного зазора между статором и ротором. На проводники ротора будет влиять RMF, поскольку всякий раз, когда проводники с током находятся в переменном магнитном поле, будет индуцироваться ЭДС. Поскольку проводники ротора закорочены, ЭДС индуцируется от статора к ротору посредством электромагнитной индукции.RMF — это изменение полярности по времени, показанное на рисунке ниже.

Вращающееся трехфазное магнитное поле

Разработанный RMF создает однонаправленный крутящий момент, который помогает ротору вращаться в том же направлении, что и RMF. Электромагнитное поле, индуцированное в проводниках ротора, пытается поймать скорость RMF I, e (N s ). Но он никогда не сможет догнать свою скорость из-за закона Ленца. Согласно закону Ленца, он противостоит причине, которая его породила.Таким образом, ротор вращается со скоростью меньше (N s ), которая также известна как асинхронный двигатель.

Классификация асинхронных двигателей

В зависимости от конструкции ротора IM дополнительно классифицируется как

  • с короткозамкнутым ротором IM и
  • с контактным кольцом IM.

Беличья клетка Тип

Конструкция

Состоит из ярма, обмотанного статора, ротора с короткозамкнутым ротором, вала, подшипников, концевых колец и вентилятора. Ярмо — это внешняя часть двигателя, которая используется в качестве защитного кожуха.Статор — это неподвижная часть двигателя, на которую намотана обмотка якоря и питается от трех фаз. Ламинированный лист двигателя с короткозамкнутым ротором показан на рисунке ниже.

Ламинирование двигателя

Стержни ротора покрыты цилиндрическим сердечником для уменьшения потерь на вихревые токи. Ротор с короткозамкнутым ротором показан на рисунке ниже.

Ротор с короткозамкнутым ротором

Передняя часть двигателя покрыта щеткой и подшипниковыми узлами. Подшипники используются для уменьшения трения между движущимися частями.Вал используется как механический выход двигателя. Наконечники предназначены для замыкания вторичной обмотки. Предусмотрен вентилятор для охлаждения тепла, выделяемого внутри двигателя, которое выводится через вентиляционный канал. Вся часть ротора выглядит как беличья клетка, отсюда и название двигателя с беличьей клеткой.

Рабочий

Когда трехфазное питание подается на статор IM, обмотка якоря развивает RMF в воздушном зазоре внутри двигателя. Этот RMF вращается с синхронной скоростью и перерезает проводники ротора.На проводники ротора действует сила из-за тока, индуцированного в соответствии с уравнением силы Лоренца. Двигатель с короткозамкнутым ротором показан на рисунке ниже.

Беличий двигатель

Этот ток индуцируется, когда проводники ротора находятся под воздействием RMF. Ротор пытается вращаться со скоростью RMF, но он не может этого сделать из-за противодействия, вызванного согласно закону Ленца. Двигатель с короткозамкнутым ротором потребляет высокий пусковой ток (в 6-7 раз больше тока полной нагрузки) и низкий пусковой момент.Эти недостатки преодолеваются за счет использования контактных колец IM.

Контактное кольцо IM

Чтобы преодолеть недостатки двигателя с короткозамкнутым ротором, контактные кольца прикреплены к концу цепи. Он используется как внешняя цепь, которая имеет высокое сопротивление, включенное последовательно с цепью. Внешний контур контактного кольца IM показан на рисунке ниже.

Контактные кольца

Из-за этого высокого сопротивления ограничивается высокий пусковой ток, поскольку высокое сопротивление препятствует поступлению тока.Он также обеспечивает двигатель хорошим пусковым моментом. После плавной работы двигателя внешняя цепь удаляется, чтобы избежать потерь при работе. Таким образом, он действует как внешняя цепь для поддержания высокого пускового момента и потребляет низкий ток при запуске. Кроме того, все условия работы токосъемного кольца IM такие же, как у беличьего типа.

Преимущества IM

  • Низкая стоимость
  • Высокая надежность
  • Меньше обслуживания
  • Прочная конструкция.

Применения

  • Используется в бытовых целях.
  • Используется в промышленности.
Преимущества контактного кольца IM по сравнению с беличьей клеткой
  • Контактное кольцо имеет высокий пусковой момент
  • Оно потребляет меньший пусковой ток.
Недостатки контактного кольца IM
  • Высокие требования к капиталу
  • Эксплуатационные потери
  • Сложная конструкция
  • Высокая стоимость обслуживания.

Таким образом, в этой статье мы получили обзор того, что такое IM, как он запускается, типы трех IM, производство RMF, тип белка и контактного кольца, а также основные различия между ними, преимущества и недостатки.Из этой статьи можно сделать вывод, что ИМ — это машина вращающегося типа, которая работает по принципу электромагнитной индукции. Вопрос к читателям, как мы можем контролировать скорость обмена мгновенными сообщениями?

Теория двигателей переменного тока | Sciencing

Обновлено 8 декабря 2018 г.

Дж. Дайан Дотсон

Никола Тесла изобрел двигатели переменного тока, или двигатели переменного тока, в конце 19 века. Двигатели переменного тока отличаются от двигателей постоянного или постоянного тока тем, что в них используется переменный ток, который меняет направление.Двигатели переменного тока преобразуют электрическую энергию в механическую. Двигатели переменного тока по-прежнему широко используются в современной жизни, и вы можете найти их в бытовой технике и гаджетах у себя дома.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Электродвигатели переменного тока или электродвигатели переменного тока были изобретены Николой Тесла в 19 веке. Теория электродвигателя переменного тока предполагает использование электромагнитов с токами для создания силы и, следовательно, движения.

Каков принцип работы двигателя?

Простейший принцип работы двигателя заключается в использовании электромагнитов с токами для создания силы для перемещения чего-либо, другими словами, для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения.В двигателях установлены электромагниты, расположенные во вложенных кольцах, причем полярность магнитов в кольцах чередуется с севера на юг. Магниты ротора движутся, а магниты статора — нет. Полярность этих электромагнитов с севера на юг должна постоянно меняться.

Как работает двигатель переменного тока?

До изобретений Теслы двигатели постоянного тока были основным типом двигателей. Двигатель переменного тока работает, подавая переменный ток на обмотки статора, которые создают вращающееся магнитное поле.Поскольку магнитное поле вращается таким образом, двигатель переменного тока не нуждается в силе или механической помощи для подачи на ротор. Ротор будет вращаться за счет магнитного поля и создавать крутящий момент на приводном валу двигателя. Скорость вращения зависит от количества магнитных полюсов в статоре. Эта скорость называется синхронной скоростью. Однако асинхронные двигатели переменного тока работают с задержкой или скольжением, чтобы обеспечить прохождение тока ротора.

Различные двигатели переменного тока будут иметь разное количество полюсов и, следовательно, разную скорость по сравнению друг с другом.Однако скорость двигателя переменного тока не является переменной, а скорее постоянной. В этом отличие от многих двигателей постоянного тока. Двигатели переменного тока не требуют щеток (силовых контактов) или коммутаторов, которые необходимы двигателям постоянного тока.

Изобретения Теслы кардинально изменили ландшафт двигателей, создав более эффективные и надежные устройства. Эти двигатели переменного тока произвели революцию в отрасли и проложили путь для использования во многих устройствах, используемых в 21 веке, таких как кофемолки, вентиляторы для душа, кондиционеры и холодильники.

Сколько типов двигателей существует?

Существует несколько типов двигателей переменного тока, работающих по одному и тому же основному принципу. Многие из этих двигателей представляют собой разновидности асинхронных двигателей переменного тока, хотя более современные двигатели переменного тока с постоянными магнитами, или PMAC, работают немного иначе.

Самым распространенным двигателем переменного тока является универсальный трехфазный асинхронный двигатель. Этот многофазный двигатель работает с задержкой, а не с синхронной скоростью. Эта разница в скорости называется скольжением двигателя.Индуцированные токи, протекающие в роторе, вызывают это скольжение, которое потребляет большой ток при его запуске. Из-за скольжения эти двигатели считаются асинхронными. Трехфазные асинхронные двигатели обладают высокой мощностью и эффективностью с высоким пусковым моментом. Таким двигателям часто требуется механическое пусковое усилие для приведения ротора в движение. Трехфазные асинхронные двигатели — это мощные двигатели, обычно используемые в промышленных устройствах.

Двигатели с короткозамкнутым ротором — это двигатель переменного тока, в котором алюминиевые или медные токопроводящие шины на роторе расположены параллельно валу.Размер и форма токопроводящих стержней влияет на крутящий момент и скорость. Название происходит от сходства устройства с клеткой.

Асинхронный двигатель с фазным ротором — это двигатель переменного тока, который состоит из ротора с обмотками, а не стержнями. Асинхронным двигателям с фазным ротором требуется высокий пусковой момент. Сопротивление вне ротора влияет на скорость крутящего момента.

Однофазный асинхронный двигатель представляет собой двигатель переменного тока, в котором пусковая обмотка добавлена ​​под прямым углом к ​​обмотке главного статора.Универсальные двигатели — это однофазные двигатели, которые могут работать как от переменного, так и от постоянного тока. Пылесос в вашем доме, скорее всего, оснащен универсальным двигателем.

Конденсаторные двигатели — это тип двигателей переменного тока, который влечет за собой добавление емкости для создания фазового сдвига между обмотками. Они удобны для машин, требующих высокого пускового момента, таких как компрессоры.

Конденсаторные двигатели — это однофазные двигатели переменного тока, которые уравновешивают хороший пусковой момент и ход. В этих двигателях используются конденсаторы, подключенные к вспомогательным пусковым обмоткам.В некоторых печных вентиляторах вы найдете конденсаторные двигатели. В двигателях с конденсаторным пуском используется конденсатор с пусковой обмоткой, который может создавать наибольший пусковой крутящий момент. Оба этих типа двигателей требуют двух конденсаторов в дополнение к переключателю, поэтому их части поднимают цену на такие двигатели. Если выключатель убрать, полученный двигатель с постоянным разделенным конденсатором будет работать с меньшими затратами, но также будет использовать более низкий пусковой момент. Эти типы двигателей переменного тока, хотя и являются более дорогостоящими в эксплуатации, хорошо подходят для удовлетворения потребностей в высоком крутящем моменте, таких как воздушные компрессоры и вакуумные насосы.

Электродвигатели с расщепленной фазой — это электродвигатели переменного тока, в которых используется пусковая обмотка небольшого калибра и различные соотношения сопротивления и реактивного сопротивления. Это дает разность фаз через узкие проводники. Двигатели с разделенной фазой обеспечивают более низкий пусковой момент, чем другие конденсаторные двигатели, и высокий пусковой ток. Поэтому электродвигатели с расщепленной фазой обычно используются в небольших вентиляторах, небольших шлифовальных машинах или электроинструментах. Мощность электродвигателей с расщепленной фазой может достигать 1/3 л.с.

Двигатели с расщепленными полюсами — это недорогие однофазные асинхронные двигатели переменного тока с одной обмоткой.Двигатели с экранированными полюсами используют магнитный поток между незатененными и затемненными частями затененной катушки из меди. Их лучше всего использовать в качестве небольших одноразовых двигателей, не требующих длительного времени работы или большого крутящего момента.

Синхронные двигатели названы так потому, что создаваемые ими магнитные полюса вращают ротор с синхронной скоростью. Количество пар полюсов определяет скорость синхронного двигателя. Подтипы синхронных двигателей включают трехфазные и одиночные синхронные двигатели.

Гистерезисные двигатели представляют собой стальные цилиндры без обмоток и зубьев.Эти двигатели обладают постоянным крутящим моментом и работают плавно, поэтому их часто используют в часах.

В большинстве двигателей переменного тока используются электромагниты, потому что они не ослабевают, в отличие от постоянных магнитов. Однако новые технологии сделали двигатели переменного тока с постоянными магнитами жизнеспособными и даже предпочтительными в определенных обстоятельствах. Двигатели переменного тока с постоянными магнитами или PMAC используются в приложениях, требующих точного крутящего момента и скорости. Это надежные, популярные сегодня моторы. Магниты установлены на роторе либо на его поверхности, либо в его пластинах.Магниты, используемые в PMAC, сделаны из редкоземельных элементов. Они производят больше магнитного потока, чем индукционные магниты. PMAC — это синхронные машины, которые работают с высоким КПД и функционируют независимо от того, является ли потребность в крутящем моменте переменной или постоянной. PMAC работают при более низких температурах, чем другие двигатели переменного тока. Это помогает снизить износ деталей двигателя. Благодаря своей высокой эффективности PMAC потребляют меньше энергии. Более высокие первоначальные затраты в конечном итоге компенсируются длительной работой этого эффективного двигателя.

Может ли любой двигатель переменного тока работать с регулируемой скоростью?

Одно из преимуществ двигателей постоянного тока заключается в том, что их скорость может изменяться. Однако двигатели переменного тока не склонны работать с переменной скоростью. Они работают с постоянной скоростью независимо от нагрузки. Это полезно для поддержания точной скорости. Однако для некоторых приложений требуется переменная скорость. Попытки изменить скорость двигателей переменного тока могут привести к их повреждению или перегреву. Однако есть способы обойти эти проблемы и создать двигатель переменного тока с регулируемой скоростью.Существуют механические решения для изменения скорости двигателей переменного тока. В некоторых устройствах это можно сделать с помощью шкивов, например токарного станка. Другое механическое решение — использовать промежуточный вал.

Многие современные машины по-прежнему работают на основе оригинальных асинхронных двигателей переменного тока Николы Теслы. Эти двигатели выдержали испытание временем благодаря своей адаптивности и долговечности. Инженеры стремятся сделать двигатели более эффективными, с меньшим износом и тепловыделением, с меньшими затратами и меньшим воздействием на окружающую среду.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую. По источнику питания двигатели классифицируются как двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В этой статье мы кратко объясним принцип работы трехфазного асинхронного двигателя.

Двигатели переменного тока более полезны в промышленных приложениях. Из всех двигателей переменного тока трехфазный асинхронный двигатель является наиболее часто используемым двигателем.Потому что у него больше преимуществ, и он указан ниже.

  • Конструкция асинхронного двигателя очень проста и надежна.
  • Асинхронный двигатель — это самозапускающийся двигатель. Поэтому для запуска не требуются дополнительные аксессуары.
  • Работа асинхронного двигателя очень проста.
  • Это очень дешево по сравнению с другими моторами.
  • Требуется меньше обслуживания. И он может работать в любых условиях окружающей среды.
  • Щетки не используются.Таким образом, уменьшается потеря щеток и искры в двигателе.
  • КПД мотора очень хороший.
  • Требуется только источник переменного тока. Он не требует источника постоянного тока для возбуждения, такого как двигатель постоянного тока или синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель состоит из двух частей;

Статор — статическая часть двигателя. Он состоит из нескольких слотов. Обмотка статора размещена внутри пазов статора. Обмотки статора смещены друг относительно друга на 120 °.

Асинхронный двигатель — это двигатель с одним возбуждением.Следовательно, ему нужен только один источник питания, и трехфазный переменный ток подается на обмотку статора.

Когда обмотка статора запитана от трехфазного источника питания, вращающееся магнитное поле индуцируется внутри проводников статора.

Ротор представляет собой многослойный цилиндрический сердечник с параллельными пазами. Обмотка ротора размещена внутри пазов ротора. По типу ротора асинхронный двигатель классифицируется как;

  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • Асинхронный двигатель с контактным кольцом (Асинхронный двигатель с фазным ротором)

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Двигатель работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея.Согласно этому закону, ЭДС индуцируется в проводнике из-за скорости изменения магнитной связи через проводник.

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором стержни ротора закорочены концевыми кольцами, а в асинхронном двигателе с контактным кольцом обмотка ротора соединена с внешними резисторами. И это разрезало вращающееся магнитное поле статора.

По закону Фарадея в обмотке ротора наводится ЭДС. Ротор — замкнутый контур. Следовательно, из-за этой ЭДС через цепь ротора будет протекать ток.Этот ток известен как ток ротора.

Когда ток течет по проводнику ротора, на нем наводится магнитный поток. Направление потока ротора такое же, как направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока. Один поток индуцируется в статоре, а второй — в роторе. Вращающееся магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью. И поток ротора отстает от потока статора.

Относительное движение между потоком вращающегося статора и потоком ротора, поток ротора будет пытаться догнать поток статора.Согласно закону Ленца, ротор вращается в направлении магнитного потока статора, чтобы минимизировать относительное движение. Вот так ротор начинает вращаться.

Ток ротора, создаваемый наведенной ЭДС. Поэтому этот двигатель известен как асинхронный двигатель.

Ротор никогда не успевает поймать поток статора. Таким образом, ротор вращает немного меньше, чем скорость статора, и это синхронная скорость.

Если ротор вращается со скоростью синхронной скорости, относительное движение между статором и ротором равно нулю.Таким образом, в роторе не наведена ЭДС, и ток не будет протекать через проводники ротора. Следовательно, крутящий момент не будет создаваться.

В результате ротор не может вращаться с синхронной скоростью. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора, известная как скольжение.

15,216 просмотров всего, сегодня 3 просмотров

Асинхронные двигатели переменного тока

и синхронные двигатели с постоянными магнитами

* Изображение предоставлено компанией New Energy and Fuel.com

Авторы : Стив Бистак, региональный менеджер по продажам — NE, Департамент приводов переменного тока / HMI, Fuji Electric Corp. of America, и Sun Y. Kim (Sean), старший региональный менеджер, ACDR / HMI, Fuji Electric Corp of America

Большинство насосов и вентиляторов, работающих в промышленных и коммерческих целях, в настоящее время приводится в действие асинхронными двигателями переменного тока. «ACIM», что означает «асинхронный двигатель переменного тока», представляет собой асинхронный тип двигателя, который использует электрический ток для вращения ротора.Крутящий момент создается электрическим током в роторе. Электрический ток создается за счет электромагнитной индукции магнитного поля обмоток статора. В ACIM ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем магнитное поле. «PMSM», что означает «синхронный двигатель с постоянными магнитами», полагается на магниты, вращающие ротор, который вращается с той же скоростью, что и внутреннее вращающееся магнитное поле PMSM.

Есть несколько ключевых различий между асинхронными двигателями переменного тока и синхронными двигателями с постоянными магнитами.

Двигатели с постоянными магнитами ДОЛЖНЫ работать с приводом.

Асинхронные двигатели

переменного тока могут использоваться без частотно-регулируемого привода для привода насоса или вентилятора, но часто устанавливаются с частотно-регулируемыми приводами (VFD) в насосных или вентиляционных системах, чтобы повысить эффективность системы. Синхронным двигателям с постоянными магнитами для работы требуется привод. PMSM не могут работать без привода. ЧРП необходим для точного управления скоростью PMSM в соответствии с требованиями приложения к давлению, расходу, объему и т. Д.Некоторые новые частотно-регулируемые приводы уже поставляются с опциями управления двигателем с постоянными магнитами в качестве стандартной функции, что позволяет операторам управлять двигателем с постоянными магнитами для более эффективного управления вентилятором и / или насосом.

Двигатели с постоянными магнитами обеспечивают значительное повышение эффективности по сравнению с асинхронными двигателями переменного тока.

Эффективность полной нагрузки двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя переменного тока. На рисунке 1 ниже показаны диапазоны эффективности между двумя стандартами асинхронных двигателей переменного тока и известными опубликованными двигателями с постоянными магнитами.

Рисунок 1 . Эффективность двигателя с постоянными магнитами на мощности частотно-регулируемого привода. ACIM на синусоиде. Двигатели ACIM теряют 0,5–1,5 балла кпд при работе с частотно-регулируемым приводом.

Важно отметить, что частотно-регулируемые приводы не повышают КПД двигателя; ЧРП помогают повысить эффективность системы в диапазонах рабочих скоростей, поскольку большинство систем не работают на максимальных скоростях все время. Добавление частотно-регулируемого привода помогает повысить эффективность вашей системы, поскольку он может замедлять двигатель и вентилятор или насос, а не поворачивать клапан для дросселирования насоса или закрывать заслонку, чтобы блокировать поток воздуха.

Взгляните на рисунок 2, на котором сравнивается 10-сильный синхронный двигатель с постоянным магнитом 1800 об / мин и двигатель NEMA Premium, работающий с переменной нагрузкой по крутящему моменту в диапазоне скоростей от 3 до 1. Вы можете видеть, что в обоих случаях эффективность обоих типов двигателей падает. КПД двигателя NEMA Premium падает с примерно 90% до примерно 72% при 600 об / мин, а ECPM падает примерно с 94% до 83%. Хотя работа системы влияет на эффективность оборудования, было доказано, что двигатели с постоянными магнитами демонстрируют более высокий КПД по сравнению с асинхронными двигателями переменного тока.

Рисунок 2 . Сравнение относительной эффективности двигателя PMSM и ACIM с диапазоном изменения 3: 1.

Преимущества и недостатки двигателей с постоянными магнитами

Хотя асинхронные двигатели переменного тока чаще встречаются в системах с моторным приводом, они часто больше по размеру и менее эффективны, чем двигатели с постоянными магнитами. Хотя решения с двигателями с постоянными магнитами обычно имеют более высокую начальную стоимость, они могут предлагать меньший размер для более компактных механических блоков и, что более важно, более высокую эффективность.

Двигатели с постоянными магнитами обычно дороже, чем асинхронные двигатели переменного тока, и, как известно, их труднее запускать, чем асинхронные двигатели переменного тока. Однако преимущества двигателей с постоянными магнитами включают в себя более высокий КПД (как обсуждалось выше), меньшие размеры (двигатели с постоянными магнитами могут составлять до одной трети от большинства размеров двигателей переменного тока, что значительно упрощает установку и обслуживание) и способность PMSM поддерживать полный крутящий момент на низких оборотах.

Тенденция меняется

Использование PMSM в сочетании с VFD не новость; однако инженеры-конструкторы и владельцы оборудования начинают устанавливать больше двигателей с постоянными магнитами для вентиляторов и насосов из-за их меньшего размера и более высокой эффективности.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *