Асинхронный двигатель | Строение и принцип работы асинхронного электродвигателя

Электрическими двигателями называют механизмы, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическое движение. Электромоторы сопровождают человека практически во всех сферах его деятельности. Без них невозможно представить современную жизнь. Несмотря на надежность и долговечность, все же случаются поломки и сбои в работе таких устройств. Знание характеристик, особенностей поможет правильно выбирать, обслуживать и при необходимости ремонтировать асинхронные двигатели.

В асинхронных двигателях переменного тока (АД) частота вращения ротора не синхронизирована с частотой магнитного поля, индуцируемого током обмотки статора. От этого принципа произошло определение этой группы электромашин. В синхронных электрических машинах частоты совпадают.

В настоящее время разработано и применяется множество различных разновидностей АД, которые различаются конструктивно и по характеристикам. Бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, многофазные конструкции, которые работают от сети переменного тока. Различается количество полюсов. Применяются модификации с постоянной и переменной частотой тока, последние называются инверторными. По типу ротора различают 2 вида: фазные электродвигатели и с короткозамкнутым ротором. Асинхронные электрические моторы выгодно отличаются от других преобразователей энергии компактностью, долговечностью высоким КПД.

АД распространены очень широко, и являются самым популярным типом электромашин. Асинхронные электродвигатели используют в компрессорах, системах водоснабжения, отопления, кондиционирования, автомобилестроении. Особенно востребованы такие устройства в областях, где требуется точно выдерживать скорость вращения вала, например при производстве полимеров, стеклотканей, проволоки.

Относительно маломощные однофазные агрегаты работают в вентиляторах, маломощной бытовой технике. Более производительные двухфазные агрегаты популярнее, их применяют в приводах стиральных машин, холодильников, иных приборов.

Значительно шире используются трехфазные асинхронные электромашины, в первую очередь в промышленности. Ими оснащают электроприводы станков, подъемных кранов, лифтов, многого другого. Этому способствуют надежность и экономичность электродвигателей.

Как устроен АД

Асинхронный электродвигатель состоит из двух основных узлов: неподвижного статора и вращающегося вокруг своей оси ротора. Статор представляет собой стандартную конструкцию, где сердечник выполнен как полый цилиндр, изготовленный из стальных пластин, изолированных друг от друга. В расположенных на внутренней окружности открытых пазах уложена первичная обмотка, на которую подается напряжение электрической сети.

Внутри статора расположен ротор, опирающийся на вал через подшипники. Сами подшипники с обеих сторон закрыты фиксирующими их крышками. Весь агрегат помещается в металлический корпус. У асинхронных двигателей средней и высокой мощности для более эффективного охлаждения в корпусе предусмотрены ребра, а также вентилятор на валу. Предусмотрена клеммная коробка, куда выводятся концы обмоток.

Ротор может быть двух типов: короткозамкнутым и фазным. Конструктивно они различаются, соответственно асинхронные двигатели принадлежат к одной из двух групп по типу ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Конструкция такого ротора предельно проста. Сердечник выполнен из штампованных листов, а роль вторичной обмотки играет набор параллельных друг другу металлических стержней, торцы которых замкнуты между собой стальными кольцами. Механизм напоминает беличье колесо.

Обмотки статора расположены под углом 120°. Если подать на них переменное напряжение со сдвигом 120°, внутри возникает вращающееся магнитное поле. Если поместить эту самую беличью клетку внутрь вращающегося поля, его силовые линии будут пересекать проводники ротора, и наводить в них электродвижущую силу, а соответственно появятся токи. В результате там создается собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с вращающимся полем, входить с ним в «зацепление». Это означает, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора.

Частота вращения ротора всегда меньше, чем частота поля статора. Если он «догонит» частоту статора, ЭДС наводиться не будет, вращающий момент станет равным нулю, и электродвигатель перестанет работать. В этом эффекте и кроется смысл асинхронности. Относительная величина отставания, выраженная в условных единицах, называется скольжением. Этот параметр зависит от характеристик ротора, в том числе его сопротивления.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не имеют подвижных контактов, их узлы проще, благодаря чему надежны и долговечны. Применяются в системах, не требующих регулировки скорости вращения, поскольку она затруднена, конструкция усложняется.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Фазный ротор по конструкции незначительно отличается от статора. Сердечник состоит из набора изолированных пластин, изготовленных из электростатической стали и закрепленных на вале. Между пластинами предусмотрены пазы, ориентированные вдоль продольной оси. В них укладываются витки вторичной обмотки, ее называют фазной. Число фаз обмоток статора и ротора должно быть одинаковым. Электрические цепи ротора подключается тремя контактными кольцами, на которых закреплены концы обмотки. Фазы соединяются звездочкой или треугольником. В двухполюсном асинхронном двигателе оси обмоток смещены друг относительно друга на 120°.

Предусмотрена возможность подключения дополнительного внешнего сопротивления для улучшения пусковых характеристик. Обычно используется реостат со ступенчатой регулировкой. Двигатель в такой конфигурации набирает обороты тоже ступенчато. При достижении оптимальных оборотов реостат отключается путем закорачивания токосъемных колец.

Особенности разных типов роторов

Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами характеризуются следующими достоинствами:

• постоянная скорость, которая не зависит от изменения нагрузки;
• устойчивость к кратковременным механическим перегрузкам;
• простой пуск и подключение.

Отмечают более высокий КПД и легкую автоматизацию. В то же время данный тип электрических моторов имеет и недостатки, основной из которых — сложная регулировка скорости. Поэтому такая конструкция применяется в системах с постоянной скоростью вращения электродвигателя. Помимо этого, недостатками считают большой ток и недостаточное усилие при пуске.

Электромоторы с фазным ротором уступают короткозамкнутым по потерям мощности из-за более сложной конструкции. Их применяют при необходимости регулировки скорости, уменьшении пускового тока и увеличении крутящего момента в момент старта.

Способы подключения

Запуск электромотора должен происходить с минимальным скачком тока в обмотках. Для этого применяется 5 основных способов подключения:

• непосредственный — питание подается прямо на контакты электродвигателя через контактор или пускатель, когда падение напряжения не критично;
• снижение напряжения в течение времени старта;
• схема соединения обмоток статора переключается на треугольник со звезды;
• плавный запуск;
• изменение частоты напряжения сети.

Для однофазных версий используют расщепление полюсов, конденсаторный или резисторный пуск. Трехфазные электродвигатели запускаются или напрямую, переключением на треугольник, или посредством преобразователя напряжения, будь то реостат, трансформатор. Применяют изменение числа пар полюсов.

Как обеспечивается регулировка скорости

Регулировать частоту вращения асинхронного двигателя не так просто. Существуют 3 возможности. Можно изменить:

• частоту питающей сети;
• число пар полюсов;
• величину скольжения.

Чтобы изменить число пар полюсов нужно специальным образом заложить обмотку статора. Дальнейшие действия заключаются в возможности переключаться на одну, две или три пары полюсов. Такое переключение будет ступенчатым. Соответственно, дискретно будет меняться и частота вращения ротора асинхронного двигателя. В многополюсных обмотках статора частота выше.

Второй способ — изменить скольжение. Его величина зависит, в том числе, и от сопротивления. Для этого ротор оснащают обмотками и делают выводы через кольца. Появляется скользящий контакт, надежность уменьшается. Но помощью реостата или ступенчатого переключения можно вводить дополнительное сопротивление в ротор и плавно, либо дискретно, изменять величину скольжения. Посредством этого действия появляется возможность регулировать частоту вращения асинхронных двигателей.

Однако эти способы не очень экономичны или неудобны. С развитием силовой электроники появился третий, самый действенный способ — изменять частоту питающей сети, для чего служат частотные преобразователи. При плавном изменении частоты питающего тока можно получить непрерывный ряд частот магнитного поля статора асинхронного двигателя в определенном диапазоне, а значит так же плавно изменять скорость вращения вала. Силовая электроника дала АД новый толчок в развитии, их доля превышает 80% всех электродвигателей в мире.

Как обеспечивается высокий пусковой момент

Одним из достоинств асинхронного двигателя с фазным ротором является высокий пусковой момент, тогда как короткозамкнутые роторы такого преимущества не обеспечивают. Об этом говорит его механическая характеристика. В момент пуска токи достигают 5 –7 значений номинальной величины, а произведение силы тока на магнитный поток и дает момент вращения.

Если представить, что ротор конструктивно устроен в виде двух беличьих колес разного диаметра, вставленных друг в друга, то в момент пуска первоначальный момент будет приложен к внешнему колесу большего диаметра. Происходит это из-за явления вытеснения тока на высокой частоте, он называется скин-эффект. При двыхполюсной катушке, частоте сети 50 Гц, магнитное поле ротора развивает угловую скорость 3 тыс. об/мин. Скин-слой при этом составляет 9 мм. В многополюсных машинах этот слой больше. Поэтому, при пуске ток вытесняется наружу, и за счет более длинного рычага возрастает момент. Когда электрическая машина набирает номинальные обороты и переходит в двигательный режим, скин-эффект нивелируется. С ростом частоты вращения ротора падает частота индукции в обмотке. Тогда ток идет уже по внутренней части. По этому принципу и обеспечивается высокая тяга на пуске.

В реальной практике в асинхронных двигателях с повышенным пусковым моментом скин-эффект обеспечивается за счет формирования глубокого паза в фазном роторе. Ток распределяется в разные моменты времени по глубине паза в разных областях. При пуске ток концентрируются во внешней части, потом когда двигатель раскручивается, скин-эффект исчезает. Ток перераспределяется в глубину паза, рабочий вращающий момент становится меньше. Это означает, что в устоявшемся двигательном режиме АД значительно экономичнее, частые старты повышают затраты.

Асинхронный преобразователь энергии как генератор

Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращения в электроэнергию. Если вращать ротор асинхронного двигателя и достигнуть частоты вращения поля статора, ток перестанет наводиться, и вращающий момент не будет создаваться. Если приложить внешнюю силу и продолжить вращать этот ротор по направлению поля с еще более высокой частотой вращения, в роторе начнет вновь начнет наводиться ЭДС, но противоположного направления. Электрический ток будет идти в другую сторону, не как в двигательном режиме. Эти токи будут наводить противоЭДС в обмотке статора. В ней будет создаваться ток. Такая конструкция является асинхронным генератором.

Если асинхронный двигатель включить в сеть, а потом начать вращать его ротор быстрее, чем частота поля статора в том же направлении, то возникнет генерация в сеть. При этом асинхронный двигатель будет потреблять из сети реактивную энергию для создания магнитного поля, а выдавать активную энергию. Пример — знаменитые электромобили «Tesla» первого поколения. Их оснащали современным инновационным асинхронным преобразователем энергии. Он работал как в режиме двигателя на разгоне, так и в режиме генератора при рекуперативном торможении, когда электроэнергия через инвертор поступает на зарядку батареи.

Асинхронные генераторы принадлежат к группе приборов, вырабатывающих переменный ток разной частоты. В схему включают инвертор, где ток преобразуется в постоянный. Затем снова в переменный, но уже с точно заданной частотой сети — 50 герц.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

АД, благодаря своим качествам, снискали высокую популярность. К несомненным преимуществам таких устройств относят:

• простую и отработанную конструкцию;
• низкие затраты в эксплуатации: себестоимость единицы мощности в асинхронных двигателях самая низкая;
• надежность, простоту обслуживания, чему способствует отсутствие щеток
• невысокую стоимость.

Благодаря сдвигу фаз не требуются дополнительные устройства и преобразователи для формирования крутящего момента. Не последнюю роль играют малые потери. КПД при работе с максимальной нагрузкой может достигать 97 % благодаря минимальному количеству узлов.

Как и всем устройствам, асинхронным преобразователям присущи недостатки. Среди них:

• затрудненное регулирование скорости вращения вала, узкий диапазон изменения.
• высокие токи при пуске, что может привести к скачкам напряжения в сети.
• инерционность ротора в момент старта: асинхронный двигатель может не запуститься, если приводит массивный агрегат.
• зависимость от параметров сети.

Современные механические и электротехнические конструктивные решения почти полностью нивелируют эти недостатки.

И все же, несмотря на все достоинства, ресурс асинхронных электрических моторов не вечен. Бывают проскальзывания ротора относительно вала, замыкания обмоток, обрывы, повреждения корпуса, износ подшипников, другие неисправности. Все это проявляет себя падением мощности, посторонними звуками и запахами, а то и полным отказом. Приобретать новый агрегат бывает накладно, да и не всегда имеет смысл. В подавляющем большинстве случаев рациональнее устранить неисправность и продолжить эксплуатацию электрического двигателя.

Ремонтом электромоторов любого типа и мощности в Санкт- Петербурге занимается компания «Хельд Вэй». Оперативно и качественно выполняются все работы по восстановлению работоспособности электромоторов независимо от сложности. Каждая отремонтированная электрическая машина проходит испытания, чтобы убедиться в соответствии параметров требованиям к новому агрегату.

На работу предоставляются скидки, гарантии. Текущий ремонт возможен по месту эксплуатации, с выездом мастеров. Капитальный и ремонт средней степени производятся на территории предприятия. Имеются запчасти и комплектующие.

Звоните, обращайтесь.

история создания, устройство и сфера применения

Содержание

• 1 История появления двигателя переменного тока
• 2 Виды, устройство и принцип работы машин переменного тока
  • 2.1 Асинхронный двигатель
    • 2.1.1 Устройство
    • 2.1.2 Принцип работы
  • 2.2 Синхронный двигатель
    • 2.2.1 Устройство
    • 2.2.2 Принцип действия
  • 2.3 Универсальный коллекторный двигатель
    • 2.3.1 Применение УКД
• 3 Чем отличаются приводы постоянного и переменного тока?
• 4 Реверс машины переменного тока
  • 4.1 Как изменить направление вращения ротора в электроприводе переменного тока?
• 5 Системы управления двигателями переменного тока
• 6 Преимущества и недостатки использования машин переменного тока
  • 6. 1 Преимущества двигателей переменного тока:
  • 6.2 Недостатки двигателей переменного тока:
• 7 Где применяют обсуждаемые типы двигателей

Двигатели переменного тока получили наибольшую популярность среди всех существующих видов электроприводов. В чем же их преимущества? Каковы главные принципы работы? Обо всем подробно поговорим ниже.

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока понадобились примерно в середине XIX века, когда началось массовое внедрение осветительных сетей с одной фазой. Первым приводом переменного тока по праву считается синхронный двигатель на основе постоянных магнитов, который собрал Чарльз Уинстон в 1841 году.

Никола Тесла

Пусковой момент у таких двигателей отсутствовал, поэтому на практике стали применять лишь машины, созданные Томсоном и Сименсом уже 1884-1885 годах. В это же время были созданы двигатели намного большей мощности. Это связано с математическим формулированием концепции магнитного поля, которое вращается (заслуга Галилео Феррариса). Никола Тесла смог реализовать концепцию в своих синхронных и асинхронных многофазных приводах. Эти агрегаты и были запущены в массовое производство.

Существует три основных вида электродвигателей переменного тока. Что это за агрегаты и каковы их различия? Об этом поговорим ниже.

Асинхронный двигатель

Первый асинхронный агрегат был изобретен инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Двигатель был трехфазным и имел короткозамкнутый тип ротора.

Это было началом переворота в промышленности всех стран мира.

«Асинхронный» в названии говорит о том, что магнитное поле в статоре двигателя всегда вращается с большей частотой, чем у ротора. 

Устройство

Основные элементы – статор и ротор.

Форма статора цилиндрическая, саму деталь собирают из стальных листов. В пазы статора укладывают обмотку. Последнюю делают из специального обмоточного провода. Ось каждой обмотки в статоре сдвинута на 120° относительно всех других. Существует два типа соединения концов обмоток: треугольник и звезда. Выбор типа зависит от напряжения в сети.

В таком виде двигателя бывают две разновидности ротора: короткозамкнутые и фазные.

Короткозамкнутый ротор

Короткозамкнутые роторы тоже собирают из стальных листов. В пазы заливают расплавленный алюминий, который образует некие стержни. Их накоротко замыкают торцевые кольца. Эту конструкцию еще называют «беличья клетка». Она и является короткозамкнутой обмоткой якоря (ротора).

Фазный ротор

В фазном роторе присутствует трехфазная обмотка, почти такая же, как в статоре. Ее концы соединяют по схеме звезды, а те, что остаются свободными, подводят к кольцам. К ним также подключены щетки, которые позволяют вводить резистор. Он помогает изменить активное сопротивление в цепи якоря. Это уменьшает большие пусковые токи.

Принцип работы

Магнитное поле статора взаимодействует с токами, которые наводит это самое поле в роторе. При этом вращение возникнет только тогда, когда есть определенная разница в частоте вращения магнитных полей. В этом и заключается основополагающий принцип работы асинхронного электродвигателя.

Синхронный двигатель

В машине этого типа, в отличие от предыдущего, ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле.

Устройство

Основные части машины – якорь и обмотка возбуждения (индуктор). Ротор в таком электроприводе находится на статоре, а индуктор располагается на роторе, который от неподвижной части машины отделен неким зазором. 

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Можно сказать, что принцип действия синхронной машины – «вывернутый наизнанку» двигатель постоянного тока. Получение переменного тока обмоткой происходит от внешнего источника, а не от коллектора. 

Якорем синхронного двигателя является одна или несколько обмоток. С помощью токов, которые туда подаются, появляется магнитное поле, сцепляющееся с полем индуктора на роторе. Именно так происходит превращение электрического ресурса в механический. 

Индуктор синхронной машины состоит из электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Существует две конструкции индукторов: 

• явнополюсная конструкция машины имеет ярко выраженные полюса. Они очень похожи на устройство полюсов в агрегатах постоянного тока;
• неявнополюсная конструкция схожа со строением фазного ротора, где обмотку укладывают в пазах сердечника. Принципиальная разница заключается в том, что в устройстве синхронной неявнополюсной машины есть место между полюсами, которое не заполняют проводниками. Это снижает механическую нагрузку на полюса.

Принцип действия

Принципом действия синхронного двигателя является взаимодействие между магнитным полем якоря и магнитным полем индуктора. Постоянные магниты используются для маломощных машин, а электромагниты в более мощных. 

Нужно также упомянуть о том, что есть так называемая обращенная конструкция синхронного двигателя. В ней индуктор размещен на статоре, а якорь на роторе. Такую вариацию использовали на уже устаревших двигателях и до сих пор используют при создании криогенных синхронных агрегатов (в их обмотках, как правило, используют сверхпроводники).

Универсальный коллекторный двигатель

В общем, понятие коллекторного двигателя подразумевает под собой электродвигатель, способный не только преобразовать электрическую энергию в механическую, но и наоборот. В таком типе двигателя переменного тока хотя бы одна обмотка должна быть соединена с коллектором.

Ротор коллекторного двигателя

В коллекторных двигателях коллекторы выполняют сразу две функции:

• переключатель обмоток;
• датчик, с помощью которого определяют положение ротора.

Различают два вида коллекторных двигателей. Их классификация происходит в зависимости от типа питания:

1. Питание от постоянного тока. У таких двигателей высокий пусковой момент, частота вращения имеет плавное управление, а конструкция самого привода достаточно простая.
2. Универсальные же двигатели могут работать при питании переменной и постоянной электроэнергией. Размеры машины относительно компактные, управлять ей просто.

В рамках темы нас интересует коллекторный двигатель универсального типа.

Рисунок ниже изображает машину такого вида и ее основные детали. Схожим образом выглядят и все остальные КД. 

Возбуждение у таких двигателей может быть последовательное и параллельное. Машины второго типа уже устарели и сняты с производства, поэтому на нем мы останавливаться не будет. А схема подключения двигателя с коллектором представлена на рисунке ниже.

Принцип работы коллекторного двигателя от переменного тока заключается в следующем: во время смены полярности ток в обмотках статора и ротора изменяется и направление. Это не дает изменить свое направление вращательному моменту.

Применение УКД

В прошлом веке универсальные КД использовали при конструировании бытовой техники, однако сегодня все современные производители предпочитают использовать бесколлекторные двигатели.

Вот главные недостатки таких приводов:

• коэффициент полезного действия снижен;
• щеточно-коллекторный узлы характеризуются повышенным образованием искр, это влияет на быструю скорость износа прибора, он также может быть опасен.

Оба типа двигателей, постоянного и переменного тока, предназначены для выполнения одинаковой функции – превращения электроэнергии в механическую. Тем не менее их сравнение имеет смысл, они в корне отличаются друг от друга по нескольким пунктам: 

• тип питания;
• процесс создания;
• система управления.

Первый пункт, питание, является самым главным отличием, что ясно даже из названия машин. Понятно, что электроприводы переменного тока питают источники переменного тока, а двигатели постоянного тока – источники постоянного тока (например, это могут батареи или преобразователи питания). 

Электроприводы с полем постоянного тока содержат в своей конструкции щетки и коммутаторы, что усложняет их обслуживание и сокращает сроки эксплуатации относительно, скажем, асинхронных агрегатов, чего не скажешь о последних. Они, наоборот, отличаются своей прочностью и долговечностью.

Еще одно коренное отличие двигателей заключается в контроле скорости.

В машинах постоянного тока скорость работы можно регулировать с помощью изменения тока в обмотках ротора. В электромоторах переменного – с помощью регулировки частоты вращения. 

Реверс в работе с двигателем – процесс изменения вращения якоря на супротивный в машинах постоянного тока, асинхронных и универсальных коллекторных двигателях. Работу двигателя практически невозможно представить без такой функции. Без изменения направления вращения ротора не будет работать тельфер, кран-балка, лебедка, лифты и все остальные механизмы для подъема грузов. 

Как осуществить реверс в двигателе переменного тока рассмотрим ниже.

Как изменить направление вращения ротора в электроприводе переменного тока?

Из всех машин переменного тока наиболее популярными стали асинхронные, питающиеся от напряжения 380В. Об их реверсе мы и поговорим. 

Первое, что нужно знать – для осуществления реверса асинхронного двигателя хватить изменения двух фаз.

Самая распространенная схема подключения – с двумя магнитными пускателями.

Для реверса двигателей постоянного тока она особенно не отличается, в нашем случае характерно использование двухполюсных пускателей, о чем говорит даже ее название: «схема реверсивного пускателя».

Реверс двигателя переменного тока

Когда с помощью кнопки «Пуск 1» включается пускатель КМ1, напряжение начинает подаваться на обмотки, при этом кнопка «Пуск 2» будет блокирована от незапланированного включения. Это происходит благодаря тому, что размыкаются нормально-замкнутые контакты КМ1. Ротор начинает вращение.

Когда пускатель КМ1 отключается с помощью кнопки «Стоп» (можно также снять напряжение), нажатием кнопки «Пуск 2» включается КМ2. Результат – прямая подача через контакты линии L2, линии L1 и L3 занимают места друг друга. Теперь блокируется уже кнопка «Пуск 1», ведь нормально-замкнутые контакты КМ2 размыкаются. Начинается вращение в противоположную сторону.

Такая схема применима ко всем асинхронным трехфазным двигателям. Простота осуществления и доступные детали – главные положительные стороны.

Зачастую реверс осуществляется благодаря эл. системам управления двигателями. Их коммутационные схемы собираются на тиристорах, пускателей нет. Тем не менее их можно установить, чтобы сделать возможным дистанционное включение/выключение в цепи.

Подключение системы импульсно-фазного управления

Устройства на тиристорах гораздо надежнее, хоть и сложнее тех, что на контакторах. В них используют импульсно-фазные и частотные системы управления. Такие устройства выполняют несколько функций: изменение направления вращения ротора в двигателе, а также регулирование частоты его вращения.

Быту иногда нужно подключить двигатель на 380В в сеть на 220В с возможностью реверса. Для этого в первую очередь нужно переподключить обмотку по другой схеме (звезда или треугольник).

Схемы подключения обмотки

Если же возникает необходимость подключения асинхронного трехфазного электропривода к сети с одной фазой, то нужно использовать конденсаторные двигатели. Конденсатор можно подключить отдельно по схеме ниже.

 

Для того чтобы реверс был осуществлен, контакт с сети под буквой В нужно подключить к клемме под буквой А. Для конденсатора все наоборот: отсоединяем от А и подключаем к клемме В. Для максимального удобства лучше использовать шестиконтактный тумблер.

Главная особенность современной схемы управления двигателями переменного тока – многофункциональность. Зачастую она включает в себя не только механизм, благодаря которому осуществляется реверс, но и тот, что помогает контролировать частоту вращения ротора. Такая схему начала распространяться из-за развития микропроцессоров. Микропроцессорная электроника – основа работы современных преобразователей частоты. Подобные блоки для управления переменными машинами характерен своей высокой надежностью и «приятной» ценой. Еще один весомый плюс многофункциональной системы управления – значительная экономия электроэнергии (около 40%). Электродвигателями переменного тока можно управлять, основываясь на одном из двух существующих для этого принципов.

Методы перечислены в списке ниже:

• принцип вольт-частотного регулирования;
• принцип векторного управления.

При вольт-частотном (или скалярном) принципе регулирования электромотора скорость вращения вала изменяется посредством смены частоты и напряжения в статоре. Модуль напряжения тоже изменяется. Регулирующих факторов в итоге два: частота и напряжение. Они имеют одинаковое значение. Чтобы двигатель работал, важно постоянство отношения напряжения в обмотке статора и его напряжения. Другими словами, любая смена частоты должна быть синхронизирована со сменой напряжения и наоборот. КПД привода в это время не меняется. 

Удобство такой схемы заключается в том, что возможна одновременная работа с несколькими устройствами. Это критически важно во время работы сложных технологических линий, к примеру, во время контроля того, как движется конвейер. С вольт-частотным регулированием максимально возможный диапазон 1/40. Этого хватит, чтобы решить почти все задачи производства.  

Из отрицательных качеств схемы можно упомянуть невозможность контроля вращающего момента и режима позиционирования. Основная область применения данного способа управления – конвейеры, насосы, вентиляторы.

При векторном управлении электромотором можно производить не только регулирование описанное выше, но и работу с магнитным потоком. Основа системы – представление основных параметров двигателя как векторов в пространстве. Микросхемы векторного управления созданы для контроля и изменения как амплитуды, так и фазы электротока в статоре. Это фактически меняет его вектор. Результат – возможность контроля вращающего момента электромотора.

 Чтобы управление фазами тока было эффективным, нужно обязательно понимать, в каком состоянии он находится в конкретном моменте. Эту проблему решает датчик, который отслеживает положение ротора или система, определяющая его положение по двум параметрам: напряжению и токам в обмотках статичной части двигателя. При наличии устройства, контролирующего обратную связь, ее можно регулировать в диапазоне 1-1000 с точностью до сотых долей процента.

Преимущества двигателей переменного тока:

1. Простое устройство агрегата.
2. Невысокая цена установки, обслуживания и ремонта.
3. Надежность, долговечная эксплуатация.
4. Неприхотливость в обслуживании.
5. Простое управление.

Двигатели обладают высокой эффективностью, так как потери на трение отсутствуют, а коэффициент мощности достаточно велик.

Недостатки двигателей переменного тока:

1. Невозможно контролировать с полным сохранением мощности.
2. Уменьшение момента с увеличением нагрузки.

Если вы перечислите преимущества и недостатки двигателей, станет понятно, что положительные стороны перевешивают любые минусы приводов.

Электроприводы переменного тока нашли свое место почти в каждой производственной сфере. Их используют на электростанциях, в машиностроении, производстве автомобилей и бытовой техники. Такие положительные характеристики двигателя, как простое устройство, гарантия надежности и долговечности, высокий коэффициент полезного действия – все это делает их «универсальными солдатами».

Наиболее распространенные асинхронные машины являются частью приводных систем в станках, машинах, компрессорах и приборах по всему земному шару. 

Синхронные агрегаты используют как двигатели и генераторы, их лучше выбрать для приводных системах больших установок, где одна из главных задач управления – контроль скорости.

Исполнительные двигатели постоянного и переменного токов обладают небольшой мощностью. Как правило, их используют в автоматических системах управления. Их задача – преобразовать электросигнал в угловое перемещение вала, что воздействует на аппарат контроля, регулировки или управления.

Тяговые двигатели предназначены для приведения в движение транспорта (электровозы, электропоезда, трамваи и троллейбусы, танки и машины на «гусеницах»).

Основы двигателей переменного тока | Асинхронные двигатели

Содержание

Двигатели переменного тока используются во всем мире во многих жилых, коммерческих, промышленных и коммунальных приложениях. Двигатель переменного тока может быть частью насоса, воздуходувки, конвейера или смесителя.

Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Электродвигатели переменного тока в основном делятся на две категории: Синхронный двигатель и Асинхронный двигатель.

 

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель преобразует переменный ток в механическую энергию. Он работает на синхронной скорости. Скорость вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью (N _s ) .

Ниже приведена простая формула для определения синхронной скорости:

N _с = (120F/P), где F=частота и N=количество полюсов

Например, синхронная скорость для двух -полюсный двигатель, работающий на частоте 50 Гц, составляет 3000 об/мин.

 

Синхронная скорость уменьшается по мере увеличения числа полюсов.

Количество полюсов	Синхронная скорость
2	3000
4	1500
6	1000
8	750
10	600

 

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель обычно называют асинхронным двигателем переменного тока . Асинхронный двигатель преобразует переменный ток в механическую энергию со скоростью, меньшей синхронной скорости, поэтому он известен как асинхронный двигатель.

ссылка на изображение из Википедии

Асинхронные двигатели переменного тока обычно используются в промышленности. Важные части индукционного двигателя: ниже:

⇒ Статор

⇒ Ротор

⇒ Подшипники

⇒ Конечный кронштейн

⇒ Охлаждающий вентилятор

Статор

. асинхронного двигателя. Статор состоит из тонких пластин из высококачественной легированной стали для уменьшения потерь на вихревые токи.

Статор в основном состоит из трех частей: Внешняя рама , Сердечник статора и Обмотки статора .

Внешняя рама — это внешний корпус двигателя, в котором находится сердечник статора и который защищает внутренние части асинхронного двигателя. Как правило, он отливается от небольших двигателей и изготавливается для больших двигателей.

 

Сердечник статора состоит из нескольких сотен тонких пластин из высококачественной кремнистой стали. Пластины статора закреплены вместе в пазах в корпусе статора. В пазы сердечника статора вставлены витки изолированного провода.

Каждая пластина изолирована от другой тонкими слоями лака. Каждая группа катушек вместе со стальным сердечником, который она окружает, образует электромагнит.

Обмотки статора напрямую связаны с трехфазным источником питания. В клеммной коробке асинхронного двигателя подключено шесть клемм (по две на каждую фазу).

Имеется определенное количество полюсов обмоток статора. Если количество полюсов увеличивается, скорость двигателя уменьшается, а если количество полюсов уменьшается, скорость двигателя увеличивается.

 

Ротор

Ротор — вращающаяся электрическая часть асинхронного двигателя. В основном существует два типа роторов: ротор с короткозамкнутым ротором и ротор с фазовой обмоткой .

 

Ротор с короткозамкнутым ротором

Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из пакета стальных пластин с равномерно расположенными токопроводящими стержнями по окружности. Токопроводящие стержни состоят из алюминия или меди, которые соединяются концевыми кольцами.

Через этот проводник протекает ток, образуя электромагнит. Пазы ротора обычно скошены, а не параллельны валу. Это снижает гудящий шум двигателя, а также обеспечивает равномерный крутящий момент.

 

Ротор с фазной обмоткой

Конструкция ротора с фазной обмоткой отличается от конструкции ротора с короткозамкнутым ротором. Ротор с фазовой обмоткой также называют ротором с контактными кольцами. Он имеет цилиндрический многослойный сердечник. Он имеет полузакрытый паз на внешней периферии, в котором находится трехфазная изолированная обмотка.

Обмотки ротора с контактными кольцами соединены в звезду. Кольца скольжения установлены на валу, как показано на схеме. На контактных кольцах есть щетки. Щетки соединены с переменным сопротивлением. Он добавляет внешний резистор в цепь ротора.

Основной функцией токосъемного кольца является увеличение пускового момента и уменьшение пускового тока. Он также контролирует начальную скорость двигателя.

 

Концевой кронштейн

Торцевые кронштейны известны как корпуса подшипников. Подшипники установлены на концевых кронштейнах. С каждой стороны рамы двигателя установлены два концевых кронштейна.

Концевые кронштейны поддерживают ротор таким образом, что между статором и ротором остается небольшой воздушный зазор. Между статором и ротором нет прямой физической связи.

 

Подшипники

Подшипники устанавливаются на вал, который затем устанавливается на концевые кронштейны. Целью подшипников в электродвигателе является поддержка ротора и поддержание небольшого и постоянного воздушного зазора.

 

Охлаждающий вентилятор

Охлаждающий вентилятор обычно устанавливается на противоположном конце выходного вала. Вентилятор охлаждения вращается вместе с двигателем. Целью охлаждающего вентилятора является обеспечение увеличенного потока воздуха к двигателям при вращении.

 

Следующие обязательные к прочтению статьи

⇒ Наиболее часто используемый 3-х базовый пускатель двигателя с программой ПЛК!

⇒ Что такое сканер температуры? Как это работает?

⇒ Что такое серводвигатель? Как это работает?

⇒ Как работает пускатель звезда-треугольник?

⇒ Что такое устройство плавного пуска? Как это работает?

⇒ Основы автоматического выключателя.

⇒ Работа реле и его важность в области электротехники.

 

Вы можете прочитать больше статей об электрике, а также найти книги, которые повысят ваши знания в области приборостроения ⇒ 9. 0009

• Книги по КИПиА
• Книги по ПЛК
• Книги по SCADA

Спасибо за внимание!

Рубрики Электрика Теги ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ДВИГАТЕЛИ Асинхронные двигатели переменного тока

— ARADEX AG

Асинхронные (асинхронные) двигатели переменного тока для грузовых автомобилей

Название «асинхронный двигатель» происходит от того факта, что ротор асинхронных двигателей вращается не синхронно, а асинхронно с вращающимся магнитным полем статора. В зависимости от области применения асинхронные двигатели могут быть предпочтительными. Для получения дополнительной информации см. сравнение асинхронных двигателей с двигателями с постоянными магнитами.

Перейти к портфелю продуктов

Особенно удобен в обслуживании

Поскольку двигатели не имеют внутреннего магнитного поля без электрического тока, работы по техническому обслуживанию, такие как замена подшипников после многих часов работы, возможны даже под землей.

Простая интеграция

Отсутствие возмущающего крутящего момента и генерируемого напряжения в режиме буксировки — большое преимущество для некоторых приложений.

Решения с прямым приводом или коробкой передач

ARADEX предлагает двигатели для обеих топологий

Подходящие инверторы

С VP600 компания ARADEX предлагает оптимальные инверторы для асинхронных двигателей в своем ассортименте

.

Найдите двигатель, подходящий для вашего применения

ВМ630-28В0380
Тяга

Асинхронный

4050

3600

ВМ630-28В0380

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 4050 Нм
Макс. скорость: 3600 об/мин

Добавить к сравнению

ВМ625-18В0270-С
Тяговый

Асинхронный

2700

4800

ВМ625-18В0270-С

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 2700 Нм
Макс. скорость: 4800 об/мин

Добавить к сравнению

ВМ625-18W0270
Тяговый

Асинхронный

2700

4800

ВМ625-18В0270

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 2700 Нм
Макс. скорость: 4800 об/мин

Добавить к сравнению

ВМ600М-18W0134-С
Тяговый

Асинхронный

1340

4800

ВМ600М-18В0134-С

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 1340 Нм
Макс. скорость: 4800 об/мин

Добавить к сравнению

ВМ620-18W0134
Тяговый

Асинхронный

1340

4800

ВМ620-18В0134

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 1340 Нм
Макс. скорость: 4800 об/мин

Добавить к сравнению

ВМ616-18W0044
Тяговый

Асинхронный

440

5800

ВМ616-18В0044

Тяга

Топология: асинхронный
Пиковый крутящий момент: 440 Нм
Макс. скорость: 5800 об/мин

Добавить к сравнению

Основные преимущества асинхронных двигателей переменного тока ВМ600М

• В сочетании с инверторами VECTOPOWER возможен высокий крутящий момент из состояния покоя: даже при нулевой скорости доступен полный крутящий момент (даже в течение нескольких секунд). Мы называем это FTZS: FullTorqueZeroSpeed.
• Оптимизированный КПД в диапазоне частичной нагрузки: за счет оптимизированного управления потоком двигателя с помощью средства
• функции HDFC (HighDynamicFluxControl). HDFC также обеспечивает очень динамичное изменение крутящего момента, например, для быстрой синхронизации с переключаемыми коробками передач.

Асинхронные двигатели переменного тока VM600M: выгода для клиента

• Благодаря конструкции без магнитов асинхронные двигатели переменного тока особенно надежны и просты в обслуживании
• Отсутствие потерь на лобовое сопротивление в пассивном режиме, т. е. отсутствие индуцированного напряжения
• Оптимизированный КПД, почти равный КПД хороших двигателей с постоянными магнитами

Применение асинхронных двигателей переменного тока VM600M

• Функциональные автомобили с высокой долей частичной нагрузки, например, для городского транспорта
• Рекуперация и наддув для прицепов
• Параллельные гибриды с высокой избыточностью, такие как специальные насосы или корабельные силовые установки

E-Facts Teaser

Какая топология двигателя лучше?

Оба! В зависимости от вашего приложения.

«Если у вас есть только молоток в качестве инструмента, вы увидите гвоздь в каждой проблеме».

Вот почему ARADEX предлагает двигатели постоянного и переменного тока
Вы также можете использовать свой собственный двигатель вместе с нашими инверторами VECTOPOWER

• На собственном испытательном стенде мы можем оптимально адаптировать наш инвертор к вашему двигателю
• И можно проверить эту комбинацию двигатель-инвертор в соответствии с ECE-R85

На наших семинарах E-Facts мы даем вам компактные знания в руки

Wir benötigen Ihre Zustimmung, bevor Sie unsere Website weiter besuchen können.