Site Loader

Содержание

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: конструкция, принцип работы

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

n= (f1*60) / p, где n1 – синхронная частота,  f1 частота переменного тока, а pколичество пар полюсов.

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( n

/ n1) = 100% * (n— n2) / n1 , где nsчастота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
  • высокой надёжностью в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные затраты;
  • долговечностью функционирования без обслуживания;
  • сравнительно высокими показателями КПД;
  • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

  • высокие пусковые токи;
  • чувствительность к перепадам напряжений;
  • низкие коэффициенты скольжений;
  • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
  • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Асинхронный двигатель. Принцип работы. — Help for engineer

Асинхронный двигатель. Принцип работы.

Асинхронный двигатель – это асинхронная электрическая машина переменного тока в двигательном режиме, у которой частота вращения магнитного поля статора больше чем частота вращения ротора.

Принцип работы берет основу из создания вращающегося магнитного поля статора, о чем подробнее вы можете почитать из указанной ссылки.

Асинхронные двигатели – одни из самых распространённых электрическим машин, и зачастую являются одним из основных преобразователей электрической энергии в механическую энергию. Самым большим достоинством является отсутствие контакта между подвижными и подвижными частями ротора, я имею ввиду электрический контакт, к примеру, в двигателях постоянного тока через щетки и коллектор. Однако это справедливо только к АД с короткозамкнутым ротором, в асинхронных двигателях с фазным ротором, этот контакт имеет место, но об этом чуть позже.

Конструкция асинхронного двигателя.

Рассмотрим конструкцию, примером послужит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, но так же существует фазный тип ротора. Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора между которыми воздушный зазор. Статор и ротор в свою очередь еще имеют так называемые активные части – обмотка возбуждения (отдельно статорная и отдельно роторная) и магнитопровод (сердечник). Все остальные детали АД, такие как: вал, подшипники, вентилятор, корпус, и т.п. – чисто конструктивные детали, обеспечивающие защиту от окружающей среды, прочность, охлаждение, возможность совершать вращение.

Рисунок 1 – Конструкция асинхронного двигателя.

Статор представляет собой трёх (или много)-фазную обмотку, проводники которой равномерно уложены в пазах по всей окружности, с угловым расстоянием в 120 эл. градусов. Концы обмотки статора обычно соединяют по схемам «звезда» или «треугольник», и подключаются к сети питающего напряжения. Магнитопровод выполняется из электротехнической шихтованной (набрано из тонких листов) стали.

Как я уже сказал ранее, в асинхронном двигателе существует всего 2 типа роторов: это фазный тип ротора, и короткозамкнутый. Магнитопровод ротора также выполнен из шихтованной электротехнической стали. Короткозамкнутый ротор имеет вид так называемой «беличьей клетки» из-за схожести своей конструкции на эту клетку. Состоит эта клетка из медных стержней, которые накоротко замкнуты кольцами. Стержни непосредственно вставлены в пазы сердечника ротора. Для улучшения пусковых характеристики АД с таким типом ротора, применяют специальную форму паза, это дает возможность использования эффекта вытеснения тока, что влияет на увеличение активного сопротивления роторной обмотки при пуске (больших скольжения). Сами по себе, АД с короткозамкнутым ротором имеют малый пусковой момент, что пагубно сказывается на области их использования. Наибольшее распространение они нашли в системах которые не требуют больших пусковых моментов. Однако, данный тип ротора отличается тем, что на его обслуживание тратится меньше средств чем на обслуживание двигателя с фазным ротором, вследствие отсутствия физического контакта в типе ротора беличья клетка.

Рисунок 2 – Ротор АД «беличья клетка»

Фазный ротор состоит из трёхфазной обмотки, зачастую соединенной по схеме «звезда», и выведенную на контактные кольца, которые вращаются вместе с валом. Щетки выполнены из графита. Фазный ротор дает много преимуществ, таких как пуск звезда-треугольник, регулирование частоты вращения изменением сопротивления ротора.

Режимы работы

Подробнее рассмотреть механическую характеристику в моей ранней статье, а так же способы пуска с реверсом.

К тормозным режимам стоит отнести несколько основных:

– торможение противовключением;

– торможение однофазным переменным током и конденсаторное торможение;

– динамическое торможение.

Асинхронный двигатель имеет низкую стоимость, надёжен, и очень дешевый в обслуживании, особенно если он выполнен с короткозамкнутым ротором.

Недостаточно прав для комментирования

Принцип действия асинхронного двигателя ~ Электропривод

Самым распространенным электродвигателем, используемым в быту, промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, на сегодняшний день, является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором). Основным его преимуществом, перед другими типами двигателей является простота, надежность и дешевизна.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.

Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.

Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об./мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.

Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:
S=( n0-n )/ n0,
где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.

В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.

Если нагрузка на валу двигателя отсутствует, частота вращения поля ротора n, стремиться достичь частоты вращения поля ротора, но никогда не достигает ее, так как если n0-n=0, то и электромагнитный момент двигателя М будет равен 0.

В паспорте и на шильдике асинхронного электродвигателя производитель указывает номинальную частота вращения двигателя, замеряемую при номинальной мощности. При увеличении нагрузки на валу двигателя, частота вращения двигателя уменьшается, а ток статора увеличивается. Асинхронные двигатели могут изготовляться с 1,2,3 ,4,5,6 парами полюсов. Соответственно синхронная скорость вращения асинхронного двигателя соответственно будет составлять 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

На смену классической конструкции асинхронного двигателя приходят энергоэффективные конструкции асинхронных двигателей обладающие более высоким КПД и технико-экономическими показателями. Применение частотно-регулируемого привода в тандеме с энергоэффективными двигателями, позволит существенно улучшить энергетические показатели и снизить затраты на электроэнергию.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором принцип работы

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.

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.

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.

Принцип работы и устройство асинхронного двигателя

Асинхронный (индукционный) двигатель – механизм, превращающий силу переменного тока в механическую. Под асинхронным подразумевают, что скорость движения магнитной силы статора выше аналогичной величины оборотов ротора.

Для того, чтобы получше представлять, что такое асинхронный двигатель и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, где он используется и как работает, необходимо разобраться в его составных частях и деталях, исследовать технические характеристики. Кроме того, не лишним будет понять, как происходит преобразование силы во время пуска и где используется асинхронный двигатель на практике.

В сегодняшней статье мы попробуем ответить на самые интересные вопросы, связанные с асинхронными двигателями, разобраться в том, что такое устройство однофазного асинхронного двигателя, рассмотрим принципы работы, а также плюсы и минусы данного типа устройств.

Немного истории

Первый подобный механизм электродвигателей появился еще в 1888 году и представил его американский инженер Никола Тесла. Однако, его опытный образец устройства и был не самым удачным, так как был двух фазным или много фазным и рабочие характеристики асинхронного двигателя не удовлетворяли потребителей. Поэтому широкого распространения не получил.

А вот благодаря российскому ученому Михаилу Доливо-Доброволь скому в изобретение удалось вдохнуть новую жизнь. Именно ему принадлежит первенство в деле создания первого в мире трехфазного асинхронного мотора. Такое усовершенствование конструкции стало революционным, так как принцип работы трехфазного асинхронного двигателя позволял использовать для работы всего три провода, а не четыре. Так что для плавного пуска устройства в массовое производство препятствий больше не оставалось.

Сегодня, благодаря своей простоте эти машины получили широкое распространение, а механическая характеристика асинхронного двигателя устраивает всех водителей.

Каждый год доля асинхронных двигателей, среди всех двигателей мира, составляет 90%.

Простота в использовании, принцип действия асинхронного двигателя, легкий пуск, надежность и дешевизна, помогли этим моторам распространиться по всему миру и буквально совершить технический переворот в промышленности.

Принцип работы трехфазного двигателя основан на питании от трех фаз переменного тока в стандартной сети. Для работы ему требуется именно такое электричество и поэтому он назван трех фазным.

Устройство трехфазного двигателя

Любой мотор асинхронного типа, независимо от его мощности и размеров, состоит из одних и тех же частей, механическая характеристика асинхронного двигателя также одна и та же. Главными среди составляющих являются:

  • статор (неподвижная часть машины)
  • ротор (вращающаяся часть)

Помимо этого, в современных трех фазных двигателях можно найти следующие детали:

  • вал
  • подшипники
  • обмотку
  • заземление
  • корпус (в который монтируются все детали)

Как уже указывалось выше, базовые элементы двигателя — это статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная деталь).

Статор выполнен в виде цилиндра, составлен данный элемент из множества металлических, форменных листов. Внутренняя часть создана таким образом, чтобы расположить обмотку. Центры обмоток расположены под углом в 120 градусов, а подключение происходит, исходя из доступного напряжения и двух возможных вариантов: на три или пять контактов.

Ротором называют подвижную часть подобного мотора, которая необходима для плавного пуска. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором является полноценным, ведь именно во вращении ротора состоит основной принцип работы трехфазного мотора.

Принципы, использование которых лежит в работе такого приспособления, как устройство асинхронного двигателя:

  1. Правило левой руки буравчика.
  2. Закон электромагнитной индукции Фарадея.

Исходя из типа обмотки, ротор может быть короткозамкнутым или фазным.

Короткозамкнутым называют ротор, состоящий из множества стальных частей. Работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором заключается в следующем: в специальные пазы заливают алюминий, формирующий сердцевины, крепящиеся с обеих сторон стопорными кольцами, такая конструкция получила название «беличья клетка». Называется так, потому что замкнута накоротко и в ней не может использоваться сопротивление.

Фазным называют ротор, который обмотан по принципу, аналогичному статору, подходящему для трехфазной сети. Края проводки сердцевины замыкают в звезду, а оставшиеся контакты подводят к контактным частям.

Согласно принципу обратимости, любым фазным асинхронным двигателям свойственна возможность работать в качестве двигателя, генератора или электромагнитного тормоза. Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя:

  1. Двигатель.
  2. Самый частый вид использования механизма.
  3. Генератор.
  4. Действие машины можно обратить, то есть механическую энергию, приложенную к сердцевине можно превратить в электрический ток. Для этого центральной части нужно вращаться быстрей магнитного поля. Потребляя механическую энергию генератор начнет создавать тормозной момент, возвращая электрическую энергию.
  5. Электромагнитный тормоз.

Изменение порядка чередования фаз приводит к тому, что магнитное поле и сердцевина вращаются в различные стороны, при этом потребляется как механическая энергия, так и напряжение сети, создавая тормозной момент. Собранная энергия приводит к нагреву машины.

Принцип работы трехфазного двигателя

Принцип работы асинхронного двигателя в следующем: подавая напряжение на статор, в его проводке возникает магнитное воздействие, которая благодаря углу размещения осей обмоток, суммируется и создает итоговый, вращающий магнитный поток.

Вращаясь, он создает в проводниках электродвижущую силу. Обмотка сердцевины, создана таким образом, что при включении в сеть, появляется сила, налаживающаяся на действие статора и создающая движение.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя зависит и от сердцевины. Движение сердцевины происходит, когда магнитная сила статора и пусковой момент преодолевают тормозную мощность ротора и внутренняя часть начинает движение, в этот момент проявляется такой показатель, как скольжение.

Скольжение очень важный параметр. В начале движения ротора оно равно 1, но вместе с ростом частоты движения, наблюдается выравнивание, и как следствие снижаются электродвижущие силы и ток в обмотках, это приводит к снижению вращающего момента.

Существует крайний предел скольжения, превышать это значение не стоит, ведь механизм может «опрокинуться», что приведет к нарушению его нормальной работы. Минимальное скольжение происходит на холостых оборотах мотора, при увеличении момента значение будет расти, до наступления критической отметки.

Для создания асинхронной работы нужно сделать так, чтобы напряжение статора и общий магнитный поток соответствовали значению переменного тока.

Во время пуска вектор результирующего магнитного поля неподвижной части плавно вращается с определенной частотой. Через сечение ротора проходит магнитный поток. Электроэнергия, подходящая к двигателю в момент пуска, уходит на перемагничивание статора и ротора.

Стоит заметить, что для электромоторов, в том числе асинхронных свойственно то, что во время пуска в короткий промежуток времени достигается до 150% крутящего момента. Пусковой ток превышает номинальный в 7 раз и из-за этого, в момент пуска падает напряжение во всей электрической сети. Если падение напряжения слишком большое, то даже сам двигатель может не запуститься – таков принцип его действия. Поэтому на практике используют устройство плавного пуска.

Устройство плавного пуска

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей имеет свою специфику. Оно используется для плавного пуска или остановки электромагнитных двигателей. Может быть механическим, электромеханичес ким или полностью электронным.

Пусковая характеристика асинхронного двигателя предназначена:

  • для плавного разгона асинхронного двигателя
  • для плавной остановки
  • для снижения тока во время пуска
  • для синхронизации нагрузки и крутящего момента

Принцип работы и действия устройства плавного пуска основаны на широкой вариативности переменных. Как следствие, появляются большие возможности для управления режимами работы.

Хорошие и плохие свойства асинхронных моторов

Асинхронный двигатель принцип работы и устройство имеет достоинства и недостатки. Трансформаторы, внутри которых находится вращающийся ротор, используемый для работы двигателя, получили обширное применение так как принцип действия у них простой и понятный, а само устройство работает бесперебойно. Однако и короткозамкнутым и фазным устройствам свойственны определенные недостатки. Причем именно принцип их действия лежит в основе данных минусов.

Плюсы:

  1. Короткозамкнутым и фазным устройствам свойственна простота конструкции.
  2. Так как принцип действия очень прост, устройства получаются дешевыми.
  3. Простота пуска и высокие эксплуатационные характеристики.
  4. Простота пуска обеспечивает легкое управление.
  5. Принцип действия и работы таков, что асинхронные моторы могут работать в тяжелых условиях.

Минусы:

  1. Принцип работы основан на том, что при изменении скорости, теряется мощность.
  2. Когда увеличивается нагрузка, практически сразу начинает снижаться крутящий момент.
  3. В момент плавного пуска, мощность асинхронного мотора достаточно низкая.

Стоит отметить, что в настоящее время, отдается предпочтение устройствам с короткозамкнутым ротором. А вот устройства, в которых ротор фазный используются в редких случаях, как правило, когда достигается большая мощность.

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

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:

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.

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.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Для регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей и управления режимами их работы существуют следующие способы:

  1. Частотный – при изменении частоты тока в электрической сети изменяется частота вращения электрического двигателя. Для такого способа применяют устройство, которое называется частотный преобразователь;
  2. Реостатный – при изменении сопротивления реостата в роторе, изменяется частота вращения. Такой способ увеличивает пусковой момент и критическое скольжение;
  3. Импульсный – способ управления, при котором на двигатель подается напряжение специального вида.
  4. Переключение обмоток по время работы электрического двигателя со схемы «звезда» на схему «треугольник», что снижает пусковые токи;
  5. Управление с изменения пар полюсов для короткозамкнутых роторов;
  6. Подключение индуктивного сопротивления для двигателей с фазным ротором.

С развитием электронных систем, управление различными электродвигателями асинхронного типа становится все более эффективным и точным. Такие двигатели используются в мире повсеместно, разнообразие задач, выполняемых такими механизмами, с каждым днем растет, и потребность в них не уменьшается.

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.

{SOURCE}

Трехфазный асинхронный электродвигатель

Конструкция асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

  • где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • f1 – частота переменного тока, Гц,
  • p – число пар полюсов
Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

Магнитное поле прямого проводника с постоянным током

Магнитное поле создаваемое обмоткой

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°) Вращающееся магнитное поле
Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током
Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Короткозамкнутый ротор «беличья клетка» наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вращающееся магнитное поле пронизывающее короткозамкнутый роторМагнитный момент действующий на ротор

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2<n1. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

  • где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
  • n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • n2 – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.

Преобразование энергии

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Строительство, работа и его классификация

Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую, называется электродвигателем. Они просты по конструкции, просты в использовании, невысокой стоимости, высокой эффективности, неприхотливости в обслуживании и надежны. Трехфазные асинхронные двигатели являются одним из типов и отличаются от других типов электродвигателей. Основное отличие заключается в отсутствии электрического соединения обмотки ротора с каким-либо источником питания. Необходимый ток и напряжение в цепи ротора обеспечивается индукцией от обмотки статора.Это повод называть именно асинхронным двигателем. В этой статье описывается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который является одним из типов трехфазных асинхронных двигателей.


Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Определение: Двигатель с короткозамкнутым ротором — это один из типов асинхронных двигателей. Чтобы вызвать движение, он укрепляет электромагнетизм. Поскольку выходной вал соединен с внутренним элементом ротора, который имеет вид клетки. Отсюда и название беличьей клетки.Двухсторонние колпачки, то есть круглые по форме, соединены стержнями ротора. Они действуют на основе ЭДС, то есть генерируемой статором. Эта ЭДС также генерируется внешним корпусом, который изготовлен из многослойных металлических листов и намотки проволоки. Двумя основными частями асинхронного двигателя любого типа являются статор и ротор. Беличья клетка — это простой метод устранения эффекта электромагнитной индукции. 4-полюсный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором показан ниже.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель

Squirrel работает по принципу электромагнетизма.Когда на обмотку статора подается трехфазный переменный ток, он создает вращающееся магнитное поле (RMF) со скоростью, называемой синхронной скоростью. Этот RMF вызывает индуцирование напряжения в стержнях ротора. Итак, ток короткого замыкания протекает через него. Из-за этих токов ротора создается собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора. Теперь по принципу поле ротора начинает противодействовать своей причине. когда RMF улавливает момент ротора, ток ротора падает до нуля. Тогда не было бы относительного момента между ротором и RMF.

Следовательно, нулевая касательная сила действует на ротор и на мгновение уменьшается. После этого уменьшения момента ротора ток ротора снова индуцируется восстановлением относительного движения между RMF и ротором. Таким образом, тангенциальная сила вращения ротора восстанавливается и начинается после RMF. В этом случае ротор поддерживает постоянную скорость, которая меньше скорости RMF и синхронной скорости. Здесь разница между скоростью RMF и ротора измеряется в виде скольжения.Конечная частота ротора может быть получена умножением скольжения и частоты питания.

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Детали, необходимые для изготовления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, — это статор, ротор, вентилятор, подшипники. Статор состоит из механически и электрически разнесенной на 120 градусов трехфазной обмотки с металлическим корпусом и сердечником. Чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением для магнитного потока, создаваемого переменным током, обмотка установлена ​​на многослойном железном сердечнике.

Детали двигателя

Ротор преобразует заданную электрическую энергию в механическую мощность. Вал, сердечник, короткозамкнутые медные шины являются частями ротора. Во избежание гистерезиса и возникновения вихревых токов, приводящих к потере мощности, ротор имеет многослойное покрытие. И я для предотвращения зазубрин, проводники перекошены, что также помогает обеспечить хороший коэффициент трансформации.

Конструкция двигателя

Вентилятор, прикрепленный к задней части ротора для теплообмена, помогает поддерживать заданную температуру двигателя.Для плавного вращения в двигателе предусмотрены подшипники.


Различия между асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и асинхронными двигателями с контактным кольцом.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с контактным кольцом

Конструкция индукционной беличьей клетки проста и надежна. Конструкция асинхронных двигателей с контактным кольцом требует контактных колец, щеток, устройства короткого замыкания и т. Д.
Этот тип двигателя имеет меньший вылет и больший коэффициент использования пазов. Эти двигатели имеют самый высокий вылет и малый коэффициент использования пазов.
Стоимость и обслуживание меньше. Стоимость больше.
Повышенный КПД (для машин, не рассчитанных на высокий пусковой момент) Низкий КПД и большие потери в меди.
Небольшие потери в меди и лучший коэффициент мощности. Низкий коэффициент мощности, его можно улучшить при запуске.
Коэффициент охлаждения выше из-за неизолированных концевых колец и наличия большего места для роторных вентиляторов. Коэффициент охлаждения не очень эффективен.
Эти двигатели имеют лучшее регулирование скорости, простой запуск и низкий пусковой момент при высоком пусковом токе Плохое регулирование скорости при работе с внешними сопротивлениями в цепи ротора. Для двигателя необходимы контактные кольца, щеточный редуктор, устройство короткого замыкания, пусковые резисторы и т. Д.Возможность увеличения пускового момента из-за внешних сопротивлений в цепи ротора.
Низкий коэффициент мощности при запуске Коэффициент мощности можно улучшить.
Нет возможности регулирования скорости. Регулировка скорости возможна путем вставки внешних резисторов в цепь ротора.
Взрывозащищенный от защиты. Взрывозащищенный от защиты.

Классификация асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором мощностью до 150 кВт при различных стандартных частотах, напряжениях и скоростях соответствуют отраслевым требованиям.По своим электрическим характеристикам эти двигатели делятся на 6 типов, как описано ниже:

Дизайн класса A

Двигатели этого типа имеют низкое сопротивление, реактивное сопротивление, скольжение и более высокий КПД при полной нагрузке. Основным недостатком является высокий пусковой ток, который в 5-8 раз превышает ток полной нагрузки при номинальном напряжении. Эти двигатели широко используются в небольших станках, центробежных насосах, вентиляторах, воздуходувках и т. Д.

Конструкция класса B

Эти двигатели имеют высокое реактивное сопротивление и работают в диапазоне 5–150 кВт.Эти двигатели могут быть заменены двигателями класса A для новых установок, поскольку их характеристики аналогичны двигателям класса A и имеют такой же пусковой ток. (примерно в 5 раз больше тока полной нагрузки при номинальном напряжении).

Дизайн класса C

Эти двигатели известны как двухклеточные двигатели, обеспечивающие высокий пусковой момент при низком пусковом токе. Применения двигателей класса C: привод воздушных компрессоров, конвейеров, поршневых насосов, дробилок, смесителей, больших холодильных машин и т. Д.

Конструкция класса D

Эти двигатели представляют собой двигатели с короткозамкнутым ротором и высоким сопротивлением. Следовательно, они обеспечивают высокий пусковой момент при низком пусковом токе. Эти двигатели имеют низкий КПД и могут приводить только в действие прерывистые нагрузки, связанные с высоким ускорением и ударными нагрузками, такими как штамповочные прессы, ножницы, бульдозеры, небольшие подъемники и т. Д.

Дизайн класса E

Эти двигатели работают с низким пусковым моментом, нормальным пусковым током, а также с низким скольжением при номинальной нагрузке.

Конструкция класса F

Эти двигатели работают с низким пусковым моментом, низким пусковым током и нормальным скольжением.

Преимущества

К преимуществам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно отнести следующее.

  • Простая и прочная конструкция.
  • Низкие начальные затраты, а также затраты на техническое обслуживание.
  • Поддерживает постоянную скорость.
  • Высокая перегрузочная способность.
  • Простое пусковое устройство.
  • Высокий коэффициент мощности.
  • Низкие потери меди в роторе.
  • Высокая эффективность.

Недостатки

К недостаткам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно отнести следующее.

  • Двигатель
  • Большой пусковой ток
  • Очень чувствителен к колебаниям напряжения питания
  • Низкий коэффициент мощности при малых нагрузках.
  • Очень сложно контролировать скорость
  • Очень низкий пусковой крутящий момент из-за низкого сопротивления ротора.

Приложения

Применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором включает следующее.

  • Подходит для промышленных приводов малой мощности, где не требуется регулирование скорости, например, для печатного оборудования, мукомольных заводов и других валовых приводов малой мощности.
  • Центробежные насосы, вентиляторы, нагнетатели и т. Д.
  • Для привода воздушных компрессоров, конвейеров, поршневых насосов, дробилок, смесителей, больших холодильных машин и т. Д.
  • Пробивные прессы, ножницы, бульдозеры, малые подъемники и т. Д.

Часто задаваемые вопросы

1) Почему он называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором?

Поскольку он имеет ротор, имеющий форму беличьей клетки, он называется асинхронным двигателем с беличьей клеткой.

2) В чем разница между двигателем с короткозамкнутым ротором и асинхронным двигателем?

Разница между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и асинхронным двигателем заключается в типе ротора, который используется в конструкции.

3) Для чего нужен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Используется для увеличения пускового момента двигателя и уменьшения времени разгона.

4) Является ли двигатель с короткозамкнутым ротором переменным или постоянным током?

Это асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором переменного тока

5) Почему в двигателях используется пластина?

Для уменьшения вихревых токов в двигателях используется пластина.

Таким образом, это все об асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором — определение, работа, принцип работы, конструкция, различия между асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом, классификация, преимущества, недостатки и области применения. Вот вам вопрос: «Как работают асинхронные двигатели с контактным кольцом?»

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

: принцип работы и применение

Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это трехфазный асинхронный двигатель, работающий по принципу электромагнетизма.Его называют двигателем с «беличьей клеткой», потому что ротор внутри него, известный как «ротор с беличьей клеткой», выглядит как беличья клетка.

Этот ротор представляет собой цилиндр из стальных пластин, в поверхность которых встроен металл с высокой проводимостью (обычно алюминий или медь). Когда через обмотки статора пропускается переменный ток, создается вращающееся магнитное поле.

Это индуцирует ток в обмотке ротора, который создает собственное магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых обмотками статора и ротора, создает крутящий момент на роторе с короткозамкнутым ротором.

Одним из больших преимуществ двигателя с короткозамкнутым ротором является то, насколько легко вы можете изменить его характеристики скорости-момента. Это можно сделать, просто отрегулировав форму стержней в роторе. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются в промышленности, поскольку они надежны, самозапускаются и легко настраиваются.

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, он создает вращающееся магнитное поле в пространстве. Это вращающееся магнитное поле имеет скорость, известную как синхронная скорость.

Это вращающееся магнитное поле индуцирует напряжение в стержнях ротора и, следовательно, токи короткого замыкания начинают течь в стержнях ротора. Эти токи ротора создают собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора. Теперь поле ротора будет пытаться противодействовать своей причине, и, следовательно, ротор начинает следовать за вращающимся магнитным полем.

В момент, когда ротор улавливает вращающееся магнитное поле, ток ротора падает до нуля, поскольку больше нет относительного движения между вращающимся магнитным полем и ротором.Следовательно, в этот момент ротор испытывает нулевую касательную силу, следовательно, ротор на данный момент замедляется.

После замедления ротора относительное движение между ротором и вращающимся магнитным полем восстанавливается, следовательно, ток ротора снова индуцируется. Итак, снова тангенциальная сила для вращения ротора восстанавливается, и, следовательно, снова ротор начинает следовать вращающемуся магнитному полю, и, таким образом, ротор поддерживает постоянную скорость, которая немного меньше скорости вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. .

Скольжение — это мера разницы между скоростью вращающегося магнитного поля и скоростью ротора. Частота тока ротора = скольжение × частота питания

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из следующих частей:

Статор

Он состоит из трехфазной обмотки с сердечником и металлическим корпусом. Обмотки расположены таким образом, что они электрически и механически разнесены на 120 o от пространства.Обмотка установлена ​​на многослойном железном сердечнике, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением для потока, генерируемого токами переменного тока.

Ротор


Это часть двигателя, которая будет вращаться, чтобы обеспечить механическую мощность для заданного количества электроэнергии. Номинальная мощность двигателя указана на паспортной табличке в лошадиных силах. Он состоит из вала, короткозамкнутых медно-алюминиевых стержней и сердечника.

Сердечник ротора ламинирован, чтобы избежать потерь мощности из-за вихревых токов и гистерезиса.Проводники перекошены для предотвращения зазубрин во время запуска и обеспечивают лучший коэффициент трансформации между статором и ротором.

Вентилятор

Вентилятор прикреплен к задней стороне ротора для обеспечения теплообмена, и, следовательно, он поддерживает температуру двигателя на низком уровне.

Подшипники

Подшипники служат в качестве основы для движения ротора, а подшипники обеспечивают плавное вращение двигателя.

Применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно используются во многих промышленных приложениях.Они особенно подходят для приложений, в которых двигатель должен поддерживать постоянную скорость, самозапускаться или требовать минимального обслуживания.

Эти двигатели обычно используются в:

  • Центробежных насосах
  • Промышленные приводы (например, для запуска конвейерных лент)
  • Большие воздуходувки и вентиляторы
  • Станки
  • Токарные станки и другое токарное оборудование

Преимущества индукции с короткозамкнутым ротором Двигатель

Некоторые преимущества асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

  • Низкая стоимость
  • Требуют меньше обслуживания (поскольку отсутствуют контактные кольца или щетки)
  • Хорошее регулирование скорости (они могут поддерживать постоянную скорость)
  • Высокая эффективность преобразования электрической энергии в механическую (во время работы, а не во время запуска)
  • Лучшее регулирование нагрева (т.е.е. не нагреваются)
  • Маленький и легкий
  • Взрывозащищенный (поскольку отсутствуют щетки, исключающие риск искрообразования)

Недостатки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Хотя двигатели с короткозамкнутым ротором очень популярны и имеют много плюсы — у них есть и минусы. Некоторые недостатки асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

  • Очень плохое регулирование скорости
  • Хотя они энергоэффективны при работе с полным током нагрузки, они потребляют много энергии при запуске
  • Они более чувствительны к колебаниям напряжения питания .Когда напряжение питания снижается, асинхронный двигатель потребляет больше тока. Во время скачков напряжения увеличение напряжения насыщает магнитные компоненты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
  • У них высокий пусковой ток и плохой пусковой момент (пусковой ток может в 5-9 раз превышать ток полной нагрузки; пусковой момент может составлять 1,5- В 2 раза больше крутящего момента при полной нагрузке)

Разница между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и скользящим кольцом

Хотя асинхронные двигатели с контактным кольцом (также известные как электродвигатели с фазным ротором) не так популярны, как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, у них есть несколько преимуществ.

Ниже приведена сравнительная таблица двигателей с короткозамкнутым ротором и с цилиндрическим ротором:

Двигатель с короткозамкнутым ротором Двигатель с контактным кольцом
Стоимость Низкий Высокий
Техническое обслуживание Низкое Высокая
Контроль скорости Плохая Хорошая
Эффективность при запуске Низкая Хорошая
Эффективность во время работы Хорошая Плохая
Регулировка нагрева Хорошая Плохое
Пусковой ток и крутящий момент Высокий Низкий

Классификация асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором


NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) в США и IEC в Европе классифицировали конструкцию двигателя. асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на базе их скоростные характеристики на несколько классов.Эти классы — Класс A, Класс B, Класс C, Класс D, Класс E и Класс F.

Конструкция класса A

  1. Нормальный пусковой момент.
  2. Нормальный пусковой ток.
  3. Низкое скольжение.
  4. В этом классе крутящий момент отрыва всегда составляет от 200 до 300 процентов крутящего момента при полной нагрузке и происходит при небольшом скольжении (менее 20 процентов).
  5. Для этого класса пусковой крутящий момент равен номинальному крутящему моменту для более крупных двигателей и составляет около 200 или более процентов от номинального крутящего момента для меньших двигателей.

Конструкция класса B

  1. Нормальный пусковой момент,
  2. Низкий пусковой ток,
  3. Низкое скольжение.
  4. Асинхронный двигатель
  5. этого класса развивает примерно такой же пусковой крутящий момент, что и асинхронный двигатель класса А.
  6. Момент отрыва всегда больше или равен 200% номинального момента нагрузки. Но он меньше, чем у конструкции класса А, потому что имеет повышенное реактивное сопротивление ротора.
  7. Опять же, скольжение ротора остается относительно низким (менее 5 процентов) при полной нагрузке.
  8. Применение конструкции класса B аналогично применению конструкции A. Но конструкция B предпочтительнее из-за более низких требований к пусковому току.

Класс C

  1. Высокий пусковой момент.
  2. Низкие пусковые токи.
  3. Низкое скольжение при полной нагрузке (менее 5%).
  4. Пусковой крутящий момент до 250% от крутящего момента при полной нагрузке соответствует этому классу конструкции.
  5. Момент отрыва ниже, чем у асинхронных двигателей класса А.
  6. В этой конструкции двигатели построены из двухклеточных роторов. Они дороже моторов классов А и В.
  7. Конструкции класса C используются для нагрузок с высоким пусковым моментом (нагруженные насосы, компрессоры и конвейеры).

Конструкция класса D

  1. В этой конструкции класса двигатели имеют очень высокий пусковой крутящий момент (275 процентов или более номинального крутящего момента).
  2. Низкий пусковой ток.
  3. Высокое скольжение при полной нагрузке.
  4. Опять же, в этом классе конструкции высокое сопротивление ротора смещает пиковый крутящий момент на очень низкую скорость.
  5. Даже при нулевой скорости (100-процентное скольжение) самый высокий крутящий момент может возникнуть в этом классе конструкции.
  6. Проскальзывание при полной нагрузке (обычно составляет от 7 до 11 процентов, но может достигать 17 процентов и более) в этом классе конструкции довольно велико из-за всегда высокого сопротивления ротора.

Класс E

  1. Очень низкий пусковой крутящий момент.
  2. Нормальный пусковой ток.
  3. Низкое скольжение.
  4. Компенсатор или резистивный пускатель используются для управления пусковым током.

Конструкция класса F

  1. Низкий пусковой крутящий момент, в 1,25 раза превышающий крутящий момент при полной нагрузке при подаче полного напряжения.
  2. Низкий пусковой ток.
  3. Нормальное скольжение.

Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?

Электродвигатели — это машины, преобразующие электрическую энергию в механическую, и в настоящее время они доминируют в современной промышленности. Они просты в использовании, имеют простой дизайн и бывают разных форм, что позволяет им добиться успеха практически в любой ситуации.Электродвигатели могут получать питание от постоянного (DC) или переменного (AC) тока, и в этой статье будет рассмотрен конкретный двигатель переменного тока, известный как двигатель с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели представляют собой особый вид асинхронных двигателей, которые используют эффект электромагнитной индукции для преобразования электрического тока в энергию вращения (дополнительную информацию можно найти в нашей статье об асинхронных двигателях). В этой статье будут объяснены принципы работы двигателей с короткозамкнутым ротором, как они работают и для каких применений они используются.Таким образом, дизайнеры могут сделать осознанный выбор при выборе правильного двигателя.

Что такое двигатели с беличьей клеткой?

Двигатели с короткозамкнутым ротором — это подкласс асинхронных двигателей, которые используют электромагнетизм для создания движения. Это так называемые двигатели с «короткозамкнутым ротором», потому что форма их ротора — внутреннего компонента, соединенного с выходным валом — напоминает клетку. Две круглые торцевые крышки соединены стержнями ротора, на которые действует электромагнитное поле (ЭМП), создаваемое статором, или внешним корпусом, состоящим из многослойных металлических листов и намотки проволоки.Статор и ротор являются двумя основными частями любого асинхронного двигателя, а беличья клетка — это просто один из способов использования эффекта электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через статор, создает ЭДС, которая колеблется с частотой переменного тока, которая «вращается» вокруг ротора, создавая противоположные магнитные поля в стержнях ротора, вызывая движение.

Как работают двигатели с беличьей клеткой?

По сути, двигатели с короткозамкнутым ротором работают не иначе, чем большинство других асинхронных двигателей, и отличаются только конкретным взаимодействием между ротором и статором.Наша статья об асинхронных двигателях содержит обсуждение основных законов, лежащих в основе всех асинхронных двигателей, и дает понимание того, как движение создается за счет магнетизма.

Двигатели

с короткозамкнутым ротором максимизируют электромагнитную индукцию за счет использования стержней ротора для взаимодействия с ЭДС статора. Статор обычно содержит обмотки из проволоки, по которым протекает переменный ток; этот ток изменяется синхронно с синусоидальной кривой (или «чередуется»), которая изменяет направление тока в обмотках провода.Когда ток колеблется, генерируемая ЭДС будет следовать его примеру и в некоторых случаях заставит его «вращаться» с частотой, подобной частоте переменного тока. Эта вращающаяся ЭДС создает противоположное напряжение и ЭДС в стержнях ротора, тем самым толкая ротор, создавая вращательное движение.

Этот ротор не вращается с точной частотой переменного тока, поэтому двигатели с короткозамкнутым ротором (как и другие асинхронные двигатели) считаются асинхронными. Всегда есть некоторая потеря или «проскальзывание» между частотой переменного тока и частотой вращения вала, и это является следствием в первую очередь того, почему ротор вращается.Если бы ротор вращался с той же частотой, то величина силы, действующей на стержни ротора, была бы равна нулю, таким образом, не создавая движения. Ротор всегда должен работать медленнее, чтобы почувствовать эффект электромагнитной индукции, как если бы ротор постоянно играл в магнитную игру «догонялки». Чтобы узнать больше, посетите нашу статью о типах двигателей переменного тока.

Характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором

Наша статья об асинхронных двигателях объясняет спецификации для всех типов асинхронных двигателей и является хорошим местом, чтобы увидеть все различные характеристики асинхронных двигателей.В этой статье основное внимание будет уделено тому, что необходимо указать для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а именно фазе, скорости, крутящему моменту и току. Поскольку эти двигатели пользуются огромной популярностью, NEMA и IEC разработали стандартизованные классы двигателей с короткозамкнутым ротором на основе их характеристик скорости и момента. Это позволяет производить взаимозаменяемые двигатели между производителями и упрощает замену двигателей. Эти принципы, а также различные классы стандартных двигателей с короткозамкнутым ротором будут кратко объяснены ниже.

Тип фазы

Асинхронные двигатели

могут приводиться в движение однофазным (одна частота переменного тока) или многофазным (несколько частот переменного тока) в зависимости от входного источника питания. Некоторые из наиболее распространенных типов двигателей с короткозамкнутым ротором используют три фазы, что означает, что входной ток — это три одинаковые частоты переменного тока, разделенные на 120 градусов по фазе. Трехфазные двигатели являются самозапускающимися, что означает, что единственным необходимым входом является пусковое напряжение, что делает эти двигатели, по сути, самозапускающимися. Однофазные двигатели также распространены, но они не самозапускаются и требуют некоторого начального толчка.Это связано с тем, что одной частоты переменного тока недостаточно для создания действительно «вращающейся» ЭДС, и необходимо выполнить некоторую компенсацию для имитации вращающегося поля. Это можно сделать с помощью пускателей, которые могут быть конденсаторами, разделенными фазами или другими компонентами. Подробнее о пускателях можно прочитать в нашей статье о типах пускателей двигателей.

Крутящий момент двигателя и кривая крутящего момента-скорости

Хотя двигатели с короткозамкнутым ротором работают с базовыми скоростями и крутящими моментами, им необходимо достичь этого установившегося состояния посредством некоторого переходного пуска.Этот запуск, обычно визуализируемый посредством кривой крутящего момента — скорости, жизненно важен, поскольку он определяет, с какими рабочими условиями может работать двигатель. На рисунке 1 ниже показаны важные участки кривой крутящий момент-скорость для любого асинхронного двигателя.

Рис. 1: Кривая крутящий момент-скорость для асинхронных двигателей с обозначенными важными участками.

Пусковой крутящий момент — это крутящий момент при запуске двигателя. Вытягивающий или разрушающий крутящий момент — это максимальный крутящий момент, достигаемый перед максимальной скоростью.Номинальный крутящий момент — это выходной крутящий момент в установившемся режиме, который обычно указан на паспортной табличке двигателя. Разница между синхронной скоростью и скоростью, достигаемой при номинальном крутящем моменте, определяет скольжение двигателя.

Классы NEMA для многофазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Рисунок 2: Кривые крутящий момент-скорость для двигателей стандартных классов NEMA.
Таблица 1: Обобщенные характеристики стандартных двигателей NEMA с короткозамкнутым ротором.

Стандарт NEMA

С.C.I.M.

Пусковой крутящий момент

Пусковой ток

Накладка

Класс A

нормальный

нормальный

нормальный

Класс B

нормальный

Низкий

нормальный

класс C

Высокая

Низкий

нормальный

Класс D

Высокая

Низкий

Высокая

На рис. 2 показаны кривые для двигателей с короткозамкнутым ротором различных классов NEMA.Существует четыре основных класса (A, B, C и D), хотя их больше в зависимости от специфики. Эти четыре класса приведены в таблице 1 с точки зрения их пускового момента, тока и величины скольжения. Существуют и другие нестандартные двигатели с короткозамкнутым ротором, но они обычно изготавливаются в соответствии со спецификациями покупателя.

Двигатели

класса A являются наиболее популярным типом двигателей с короткозамкнутым ротором. У них нормальный пусковой момент и ток, а также скольжение менее 5% от синхронной скорости. Распространенными приложениями являются вентиляторы, компрессоры, конвейеры и другие устройства с низкой инерционной нагрузкой, которые позволяют быстро разгонять двигатель.

Двигатели

класса B можно запускать при полной нагрузке, что делает их полезными для высокоинерционных применений (большие вентиляторы, центробежные насосы и т. Д.). У них нормальный пусковой момент, более низкий пусковой ток, чем у двигателей класса A, и скольжение менее 5% при полной нагрузке. Эти двигатели иногда взаимозаменяемы с двигателями класса А, особенно когда требуется пониженное пусковое напряжение.

Двигатели

класса C обладают высоким пусковым моментом и низким пусковым током благодаря конструкции ротора с двойной обоймой. Из-за этого улучшения они более дорогие, чем двигатели классов A и B, но также обладают способностью выдерживать высокие пусковые моменты, например, в нагруженных насосах, компрессорах, дробилках и т. Д.Их скольжение также обычно составляет менее 5%.

Двигатели

класса D обладают наивысшими пусковыми моментами, низким пусковым током и большим скольжением при полной нагрузке (от 5% до 20% в зависимости от применения). Их крутящий момент отрыва происходит на гораздо более низкой скорости, чем у двигателей других классов, что можно увидеть, сравнив положение пиков каждой кривой на Рисунке 2. Высокое сопротивление ротора, которое делает двигатели класса D такими сильными, также отвечает за их более низкий пиковый крутящий момент. скорости, иногда вызывая пиковый крутящий момент при нулевой скорости (100% скольжение).Двигатели класса D обычно применяются в бульдозерах, литейных машинах, пробивных прессах и т. Д.

Заявки и критерии отбора

Асинхронные двигатели

с короткозамкнутым ротором являются популярным выбором в промышленности, отчасти из-за их низкой стоимости, простоты обслуживания, высокой эффективности, хорошего регулирования температуры и безопасности. Их самым большим недостатком является отсутствие контроля скорости, поэтому для решения этих задач были разработаны другие двигатели (двигатели с фазным ротором). Стандартные рамы NEMA позволяют легко выбрать правильный двигатель, требуя только рабочих характеристик проекта.

Так, например, если кузнечный бизнес создает новый силовой молот, который должен обеспечивать быстрые и сильные удары, им следует изучить двигатели класса D, поскольку они обеспечивают чрезвычайно высокий пусковой момент. Точно так же, если двигатель необходим для простого вентилятора HVAC, двигатели классов A и B будут работать отлично. Определите необходимые крутящие моменты, скорости и напряжения для работы, и на рынке обязательно найдется подходящая беличья клетка.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и как они работают.Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://geosci.uchicago.edu
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/indmot.html
  3. http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
  4. https://www.controleng.com/articles/what-to-consider-when-choosing-an-ac-induction-motor/
  5. http: // ocw.uniovi.es
  6. http://people.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sqmovies.html

Прочие изделия из двигателей

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Принцип работы, конструкция и применение — pnpntransistor

здесь вы знаете все основные принципы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Здесь вы познакомитесь с принципом работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором , конструкцией, применением и преимуществами асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором .

Введение

Существует два основных типа асинхронных двигателей. Их,

  1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  2. асинхронный электродвигатель с контактным кольцом

Ранее мы видели полную информацию об асинхронном двигателе с контактным кольцом. Здесь мы знаем основные детали, связанные с двигателем с короткозамкнутым ротором.

Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Проще говоря, асинхронный двигатель, в котором используется ротор с короткозамкнутым ротором, называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.Причина названия «беличья клетка» связана с типом ротора, который используется в этих двигателях. В двигателях этого типа ротор имеет самую простую и прочную конструкцию.

Эти двигатели имеют гораздо более высокий КПД, чем асинхронные двигатели с контактным кольцом. Большинство отраслей промышленности предпочитают этот тип двигателей из-за меньших затрат на техническое обслуживание, более высокой эффективности и их легкой конструкции. Давайте посмотрим на конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Любой асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.Конструкция статора асинхронного двигателя почти такая же, как и у других двигателей. Но конструкция ротора зависит от типа двигателя. Асинхронный двигатель с контактным кольцом состоит из ротора с фазной обмоткой, а асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из ротора с короткозамкнутым ротором.

Статор

Статор — это видимый внешний компонент двигателя. Статор есть во всем двигателе, только обмотка статора зависит от типа двигателя.

источник

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором на пазах статора имеется трехфазная обмотка.Обмотки расположены таким образом, что они электрически и механически разнесены на 120 o от пространства. Эти обмотки соединены звездой или треугольником. Обмотка статора смонтирована таким образом, чтобы обеспечить низкое сопротивление для потока, генерируемого током переменного тока. Изоляция между обмотками обычно покрывается лаком или оксидом.

Теперь перейдем к конструкции ротора с короткозамкнутым ротором.

Беличья клетка Ротор

Почти 90% асинхронных двигателей оснащены ротором с короткозамкнутым ротором из-за его очень простой, прочной и почти удобной конструкции.

источник

В этом типе двигателя ротор представляет собой цилиндрический сердечник, который имеет многослойную конструкцию, чтобы избежать потерь мощности. Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из алюминиевых или медных стержней, которые размещены параллельно друг другу, и все стержни (проводники) закорочены концевыми кольцами. Проводники ротора и концевые кольца образуют замкнутую цепь. Здесь сердечник ротора ламинирован, чтобы избежать потерь мощности из-за вихревых токов и гистерезиса.

Для двигателей мощностью до 100 кВт ротор с короткозамкнутым ротором изготовлен из литого алюминия.В этом типе ротора токопроводящие шины и концевые кольца постоянно закорочены, поэтому мы не можем подключить какое-либо внешнее сопротивление в цепи ротора для запуска. Ранее мы видели, что можем добавить внешнее сопротивление в ротор асинхронного двигателя с контактным кольцом.

Другие части двигателя: Вентилятор прикреплен к задней стороне ротора для обеспечения теплообмена, и, следовательно, он поддерживает температуру двигателя на низком уровне. Подшипники служат основой для движения ротора, а подшипники обеспечивают плавное вращение двигателя.

В другом варианте пускатель также снабжен двигателем для ограничения пускового тока. Для эффективного пуска асинхронного двигателя используются разные методы. Проверьте это — методы пуска асинхронного двигателя

теперь давайте посмотрим, как работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором? Давайте посмотрим на принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ниже.

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

В двигателях постоянного тока нам необходимо подавать питание на статор и ротор для возбуждения.Но здесь, в асинхронном двигателе, для работы нам нужно только подать питание на обмотку статора. Собственно, что происходит, посмотрим.

На самом деле, когда мы подаем питание на обмотку статора, тогда в катушке начинает течь ток, что создает магнитный поток в катушке. Теперь здесь обмотки ротора замкнуты накоротко. Наведенный поток от обмотки статора будет разрезать катушки в роторе, и, как и закон электромагнитной индукции Фарадея, заставит ток течь в катушке ротора из-за короткого замыкания катушки ротора.

Когда ток течет через цепь ротора, он генерирует поток ротора. Итак, здесь есть два потока, один — это поток статора, а другой — поток ротора, и поток ротора будет отставать от потока статора. Таким образом, ротор будет ощущать крутящий момент, который вращает ротор в направлении вращающегося магнитного потока.

Пусковой момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором очень низкий. Скорость ротора будет зависеть от мощности переменного тока, и скорость можно контролировать, изменяя входную мощность источника питания.

Некоторые функции

здесь мы знаем некоторые ключевые характеристики, связанные со скоростью, пусковым током, направлением вращения, скольжением и коэффициентом мощности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Скорость: Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обычно работает с постоянной скоростью. Или, можно сказать, в синхронной скорости.

Пусковой ток: Эти двигатели требуют высокого пускового тока и обеспечивают низкий пусковой момент.

Направление вращения: Направление вращения этих двигателей можно изменить, если поменять местами две линии электропередачи из трех.

Скольжение: Скольжение — это мера разницы между скоростью вращающегося магнитного поля и скоростью ротора. Частота тока ротора = скольжение × частота питания

Коэффициент мощности: Коэффициент мощности — это отношение фактической мощности к полной мощности. Выражается в процентах. Коэффициент мощности низкий, когда двигатель работает без нагрузки, и высокий, когда двигатель работает с полной нагрузкой.

Преимущества асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Беличья клетка I.M имеет некоторые из основных преимуществ, поэтому почти 90% асинхронных двигателей оснащены ротором с короткозамкнутым ротором. Итак, преимущества беличьей клетки приведены ниже:

Беличья клетка I.M.

  • дешевые
  • Прочный
  • Требуется меньше обслуживания

В этом двигателе ротор состоит из алюминиевых или медных стержней, поэтому для изготовления ротора требуется меньше материала. Это также снижает потери меди.

  • Высокая эффективность
  • Маленький и легкий
  • Из-за отсутствия щеток вероятность искры снижена.
  • Эти двигатели оснащены вентиляторами, поэтому выделяется меньше тепла.
  • Двигатели с короткозамкнутым ротором работают почти с постоянной скоростью, имеют высокую перегрузочную способность и работают с лучшим коэффициентом мощности.

Недостатки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Основным недостатком асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является плохое управление скоростью и низкий пусковой момент. Однако с помощью частотно-регулируемых приводов эти недостатки можно преодолеть.

⇒⇒ Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют низкий пусковой момент и высокие пусковые токи.Пусковой крутящий момент будет в 1,5–2 раза больше крутящего момента при полной нагрузке, а пусковой ток в 5–9 раз превышает ток полной нагрузки. В асинхронных двигателях с контактным кольцом более высокий пусковой крутящий момент может быть достигнут путем обеспечения внешнего сопротивления в цепях ротора во время периода пуска асинхронного двигателя с контактным кольцом. Такое расположение в асинхронных двигателях с контактным кольцом также снижает высокие пусковые токи во время пуска асинхронного двигателя.

⇒⇒ I.M. с короткозамкнутым ротором более чувствительны к колебаниям напряжения питания.Когда напряжение питания снижается, асинхронный двигатель потребляет больше тока. Во время скачков напряжения увеличение напряжения насыщает магнитные компоненты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

⇒⇒ Регулировать скорость в этих двигателях непросто. Мы не можем подключить какое-либо внешнее сопротивление в цепи ротора, потому что проводники ротора постоянно закорочены концевыми кольцами.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Применения

Беличья клетка I.M.

более широко используются, чем контактные кольца I.M в промышленности и дома благодаря стоимости обслуживания и более высокой эффективности. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором довольно распространены в промышленности. Вы найдете их почти в каждой машине, почти везде на конвейере.

Беличья клетка I.M обычно используется там, где требуется постоянная скорость и не используются приводы с регулировкой скорости.

Эти двигатели используются в

  • Вентиляторы и нагнетатели
  • Промышленные приводы
  • Станки токарные и токарное оборудование
  • Насосы

Отличия беличьей клетки I.М и синхронный двигатель

Есть некоторые различия между короткозамкнутым ротором и синхронным двигателем.

Скорость работы:

Для данной частоты асинхронный двигатель всегда работает со скоростью меньше синхронной скорости (Нс).

Для данной частоты синхронный двигатель всегда работает с постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, независимо от величины нагрузки, которую он может испытывать.

Влияние нагрузки на скорость ротора

Скорость асинхронного двигателя всегда зависит от нагрузки, скорость будет уменьшаться с увеличением нагрузки.

Скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки, поэтому она остается постоянной при любой нагрузке.

Конструкция ротора

В короткозамкнутой клетке I.M используется ротор с короткозамкнутым ротором.

В синхронном двигателе в качестве ротора используется явный, невыразительный или постоянный магнит.

Внешнее питание

Синхронным двигателям требуется дополнительный источник постоянного тока для питания обмотки ротора. Асинхронные двигатели не требуют дополнительного источника питания.

Стоимость

Асинхронные двигатели дешевле синхронных. Синхронные двигатели слишком дороги в производстве, чем асинхронные двигатели аналогичного номинала.

Пуск мотора

Все асинхронные двигатели являются двигателями с самозапуском. Нам нужно только подать питание на обмотку статора.

В синхронном двигателе нам необходимо подать внешнее питание для вращения ротора, близкого к синхронной скорости.

Пусковой момент

Асинхронные двигатели имеют собственный пусковой момент.Синхронный двигатель не имеет пускового момента, нам нужно предоставить какое-то вспомогательное средство для создания требуемого пускового момента.

Регулировка скорости

Регулирование скорости возможно в случае асинхронного двигателя.

Мы не можем контролировать скорость синхронного двигателя.

Коэффициент мощности

Асинхронные двигатели всегда работают с отстающим коэффициентом мощности. Изменение коэффициента мощности невозможно.

Коэффициент мощности возбуждения постоянного тока может быть изменен с запаздывающего на опережающий в случае синхронного двигателя.

Вопросы и ответы

Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Проще говоря, асинхронный двигатель, в котором используется ротор с короткозамкнутым ротором, называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Причина названия «беличья клетка» связана с типом ротора, который используется в этих двигателях. В двигателях этого типа ротор имеет самую простую и прочную конструкцию.

Каковы характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

с короткозамкнутым ротором IM имеет высокий пусковой ток и плохой пусковой момент (пусковой ток может в 5-9 раз превышать ток полной нагрузки; пусковой момент может быть равен 1.В 5-2 раза больше крутящего момента при полной нагрузке)

сколько контактных колец в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором?

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет контактных колец .

Короткое замыкание стержней ротора через короткозамкнутую катушку или короткое замыкание обмотки ротора.

почему ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором перекошен?

Беличья клетка IM перекошена, чтобы избежать эффекта зубчатого зацепления в двигателе. Если ротор и проводники статора параллельны друг другу, существует большая вероятность магнитной блокировки между ротором и статором.Следовательно, пазы ротора имеют перекос на .

как работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Ответ на этот вопрос уже был дан в предыдущем разделе, посвященном принципу работы двигателя. пожалуйста, обратитесь к этому.

что такое асинхронный двигатель с двойной беличьей клеткой?

Асинхронный двигатель с двойным короткозамкнутым ротором состоит из ротора, который имеет две независимые клетки , расположенные одна над другой в одном и том же слоте.

Заключение

Надеюсь, вы знаете все, что связано с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Мы видели конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Основное различие между контактным кольцом и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором заключается в конструкции ротора. Двигатели по конструкции состоят из двух основных частей: статора и ротора. В этих двигателях используется ротор с короткозамкнутым ротором. Этот ротор состоит из параллельных алюминиевых или медных стержней. Токопроводящие шины ротора закорочены двумя концевыми кольцами.

Мы видели принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который одинаков для всех асинхронных двигателей.Когда мы подаем напряжение переменного тока на обмотку статора, поток создается в обмотке статора. Из-за этого магнитного потока индуцируется ток ротора, а также создается магнитный поток ротора. Поток ротора отстает от потока статора, поэтому создается крутящий момент, и ротор ощущает силу в направлении движения.

Мы увидели некоторые преимущества и недостатки асинхронного двигателя Squirrel. Эти двигатели имеют простую и прочную конструкцию. Эти двигатели имеют более высокий КПД и низкую стоимость из-за того, что в 90% асинхронных двигателях используется именно этот тип двигателя.

Мы видели применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели используются там, где требуется постоянная скорость и не требуется регулирование скорости.

Продолжить чтение

Объяснение конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Введение

Мы рассмотрели классификацию двигателей переменного тока и подробно обсудили принцип работы, концепцию вращения ротора и многие другие аспекты асинхронного двигателя. Теперь давайте подробно обсудим наиболее распространенную форму асинхронного двигателя, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.Причина названия «Беличья клетка» связана с типом ротора, который используется в этих двигателях. Почти 95% используемых асинхронных двигателей относятся к типу с короткозамкнутым ротором. А в предыдущей статье «Типы электрических двигателей» мы классифицировали асинхронные двигатели в зависимости от типа используемого ротора. Это

  1. асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и

  2. асинхронные двигатели с контактным кольцом или с фазным ротором

Конструкция индукционного двигателя с короткозамкнутым ротором

Любой асинхронный двигатель имеет статор и ротор.Конструкция статора для любого асинхронного двигателя практически одинакова. Но конструкция ротора отличается от типа, указанного выше.

Статор:

Статор — это самый внешний компонент двигателя, который можно увидеть. Он может быть сконструирован для однофазных, трехфазных или даже многофазных двигателей. Но в основном меняются только обмотки статора, а не базовая схема статора. Это почти то же самое для любого синхронного двигателя или генератора.Он состоит из нескольких штамповок, в которые вставлены обмотки. Давайте посмотрим на конструкцию трехфазного статора. Трехфазные обмотки размещены в пазах многослойного сердечника, и эти обмотки электрически разнесены на 120 градусов друг от друга. Эти обмотки подключаются по схеме звезды или треугольника в зависимости от требований. Выводы выводятся, как правило, по три, и подводятся к клеммной коробке, установленной на корпусе двигателя. Изоляция между обмотками обычно покрывается лаком или оксидом.

Ротор: Беличья клетка Ротор:

Этот тип ротора состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями для проводов ротора, которые не являются проводами, как мы думаем, а толстыми и тяжелыми медными стержнями. или алюминий (алюминий) или его сплавы. Токопроводящие шины вставляются с одного конца ротора и по одной шине в каждый паз. На обоих концах ротора имеются концевые кольца, которые приварены, электрически скреплены или даже закреплены болтами, что обеспечивает непрерывность электрической цепи.Эти концевые кольца закорочены, после чего они придают красивый вид, похожий на белку, отсюда и название.

Следует отметить один важный момент: концевые кольца и токопроводящие шины ротора постоянно закорочены, поэтому невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление последовательно с цепью ротора для запуска. Токопроводящие стержни ротора обычно не параллельны валу, а специально имеют небольшой перекос. В небольших двигателях ротор изготавливается по-другому.Весь сердечник ротора помещается в форму, а стержни и концевые кольца ротора отливаются в одно целое. Обычно используемый металл — это алюминиевый сплав. Некоторые очень маленькие роторы, работающие на вихревых токах, имеют ротор из твердой стали без каких-либо проводников.

Причины перекоса ротора

  1. Это помогает уменьшить магнитный фон, таким образом, двигатель остается тихим,

  2. Это также помогает избежать «зацепления» я.е. склонность ротора к блокировке. Склонность зубцов ротора оставаться под зубьями статора из-за прямого магнитного притяжения между ними,

  3. Увеличение эффективного коэффициента трансформации между статором и ротором,

  4. Повышенное сопротивление ротора из-за сравнительно более длинных токопроводящих стержней ротора, &

5. Повышенное скольжение при заданном крутящем моменте.

Двигатель с короткозамкнутым ротором

Мы уже обсуждали, что ротор с короткозамкнутым ротором имеет два концевых кольца, которые постоянно закорочены с проводниками ротора.Таким образом, внешнее сопротивление не могло быть добавлено к цепи ротора. Поскольку ротор имеет очень низкое сопротивление, пусковой момент был очень низким. Пусковой крутящий момент может быть увеличен за счет использования обоймы с высоким сопротивлением, но двигатель будет иметь очень низкий КПД в нормальных условиях работы, так как будут большие потери Cu. Итак, мистер Бушор придумал двигатель, который имел две независимые обоймы на одном роторе. Наружная клетка состоит из стержней из металла с высоким сопротивлением, а внутренняя клетка — из медных стержней с низким сопротивлением.Таким образом, внешняя клетка имеет высокое сопротивление с низким отношением реактивного сопротивления к сопротивлению, а внутренняя клетка имеет низкое сопротивление, но высокое отношение реактивного сопротивления к сопротивлению. Таким образом, внешняя клетка развивает максимальный крутящий момент при запуске, а внутренняя клетка — при проскальзывании около 15%.

Стандартные типы двигателей с короткозамкнутым ротором

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором подразделяются на 6 различных стандартных типов в зависимости от их электрических характеристик. Они различаются в таблице ниже:

Примечания:

Класс A : ротор с короткозамкнутым ротором имеет относительно низкое сопротивление и реактивное сопротивление.Общая конструкция пазов в роторе такова, что стержни ротора расположены близко к поверхности, чтобы уменьшить реактивное сопротивление.

Класс B: Эти двигатели могут запускаться при полной нагрузке, развивая нормальный пусковой момент. Ротор имеет глубокие и узкие пазы, чтобы обеспечить высокое реактивное сопротивление при запуске. Эти двигатели хорошо подходят для тех приложений, где есть ограничение по пусковому току. Эти двигатели также можно запускать при пониженном напряжении.

Класс C: Это двигатели с двойным короткозамкнутым ротором. Эти роторы с двойным короткозамкнутым ротором сочетают в себе высокие пусковые моменты с низкими пусковыми токами. Эти двигатели обладают высокими характеристиками пускового момента и подходят для пуска при пониженном напряжении.

Класс D: Эти двигатели обладают высокими пусковыми моментами, что достигается за счет конструкции пазов ротора. Эти пазы ротора имеют тонкие стержни ротора, которые уменьшают поток утечки ротора и высокий полезный поток.

Класс E : Эти двигатели имеют относительно очень низкое скольжение при номинальной нагрузке. Для двигателей мощностью более 5 кВт пусковой ток может быть достаточно высоким, чтобы потребовать компенсатор или пускатель сопротивления.

Класс F : Эти двигатели сочетают в себе низкий пусковой момент с низким пусковым током и могут запускаться при полном напряжении. Это достигается за счет конструкции пазов ротора, показанной на рисунке.

В следующей статье мы рассмотрим процедуру запуска и различные методы запуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.Также будут подчеркнуты различные методы контроля скорости.

Кредиты на изображения и контент

Clayton Engineering

Электродвигатели Audel от Miller & Richard

Машины переменного и постоянного тока от AK & BLTheraja

Электродвигатели от Jim Cox

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор асинхронного двигателя может быть ротор с обмоткой или ротор с короткозамкнутым ротором. В большинстве коммерческих и промышленных применений обычно используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.Показан типичный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Ротор сконструирован с использованием ряда отдельных стержней, замкнутых накоротко концевыми кольцами и расположенных в конфигурации «хомячок» или «беличья клетка». При подаче напряжения на обмотку статора создается вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле вызывает индуцирование напряжения в роторе, которое, поскольку стержни ротора представляют собой по существу одновитковые катушки, вызывает протекание токов в стержнях ротора. Эти токи ротора создают собственное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем статора, создавая крутящий момент.Возникающий в результате крутящий момент вращает ротор в том же направлении, что и вращение магнитного поля, создаваемого статором. В современных асинхронных двигателях самый распространенный тип ротора имеет литые алюминиевые проводники и замыкающие концевые кольца.

Сопротивление короткозамкнутого ротора оказывает важное влияние на работу двигателя. Ротор с высоким сопротивлением развивает высокий пусковой момент при низком пусковом токе. Ротор с низким сопротивлением обеспечивает низкое скольжение и высокий КПД при полной нагрузке.На рисунке 36 показано, как крутящий момент двигателя изменяется в зависимости от скорости ротора для трех асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором типа NEMA:

NEMA Design B — считается стандартным типом с нормальным пусковым моментом, низким пусковым током и низким скольжением при полной нагрузке. Подходит для широкого спектра применений, таких как вентиляторы и воздуходувки, требующих нормального пускового момента.

NEMA Design C — Этот тип имеет более высокое сопротивление ротора, чем у стандартного, что улучшает коэффициент мощности ротора при запуске, обеспечивая больший пусковой крутящий момент.Однако при нагрузке это дополнительное сопротивление вызывает большее скольжение. Используется для оборудования, такого как насос, для которого требуется высокий пусковой крутящий момент.

NEMA Design D — Еще более высокое сопротивление ротора этого типа обеспечивает максимальный пусковой крутящий момент. Этот тип подходит для оборудования с пуском с очень высокой инерцией, такого как краны и подъемники.

Рабочие характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором следующие:

  • Двигатель обычно работает практически с постоянной скоростью, близкой к синхронной.
  • Большой пусковой ток, требуемый для этого двигателя, может привести к колебаниям напряжения в сети.
  • При замене любых двух из трех основных линий электропередачи на двигатель направление вращения меняется на противоположное.
На ней изображена силовая схема для реверсирования трехфазного двигателя. Передние контакты F в замкнутом состоянии подключают L1, L2 и L3 к клеммам двигателя T1, T2 и T3 соответственно. Обратные контакты R, когда они замкнуты, подключают L1, L2 и L3 к клеммам двигателя T3, T2 и T1 соответственно, и теперь двигатель будет вращаться в противоположном направлении.
  • После запуска двигатель будет продолжать работать с обрывом фазы как однофазный двигатель. Ток, потребляемый двумя оставшимися линиями, увеличится почти вдвое, и двигатель будет перегреваться. Двигатель не запустится с места, если он потерял фазу.
Ротор не вращается с синхронной скоростью, но имеет тенденцию проскальзывать. Скольжение — это то, что позволяет двигателю вращаться.

Если бы ротор вращался с той же скоростью, с которой вращается поле, не было бы относительного движения между ротором и полем и не было бы индуцированного напряжения.Поскольку ротор скользит относительно вращающегося магнитного поля статора, в роторе индуцируются напряжение и ток.

Разница между скоростью вращающегося магнитного поля и ротора в асинхронном двигателе называется скольжением и выражается в процентах от синхронной скорости следующим образом:

Процентное скольжение = [Синхронная скорость — Фактическая скорость / Синхронная скорость ] × 100

Скольжение увеличивается с нагрузкой и необходимо для создания полезного крутящего момента.Обычная величина скольжения в трехфазном двигателе с частотой 60 Гц составляет 2 или 3%.

===
Проблема: определить процент скольжения асинхронного двигателя, имеющего синхронную скорость 1800 об / мин и номинальную фактическую скорость 1750 об / мин.

Решение: Проскальзывание = Синхронная скорость — Фактическая скорость / Синхронная скорость × 100 = 1800 — 1750/1800 × 100 = 2,78%
===

Нагрузка асинхронного двигателя аналогична нагрузке трансформатора в том смысле, что работа обоих включает изменение магнитных потоков относительно первичной (статорной) обмотки и вторичной (роторной) обмотки.Ток холостого хода невелик и аналогичен току возбуждения в трансформаторе.

Таким образом, он состоит из намагничивающего компонента, который создает вращающийся поток, и небольшого активного компонента, который обеспечивает потери на лобовое сопротивление и трение в роторе, а также потери в стали в статоре. Когда асинхронный двигатель находится под нагрузкой, ток ротора создает встречный поток, который ослабляет поток статора. Это позволяет протекать большему току в обмотках статора, так же как увеличение тока во вторичной обмотке трансформатора приводит к соответствующему увеличению первичного тока.

Вы можете вспомнить, что коэффициент мощности (PF) определяется как отношение фактической (или истинной) мощности (ватт) к полной мощности (вольт-ампер) и является мерой того, насколько эффективно потребляется ток, потребляемый двигателем. превращается в полезную работу. Ток возбуждения двигателя и реактивная мощность под нагрузкой остаются примерно такими же, как и без нагрузки. По этой причине, когда двигатель работает без нагрузки, коэффициент мощности очень низкий по сравнению с тем, когда он работает с полной нагрузкой. При полной нагрузке коэффициент мощности колеблется от 70% для небольших двигателей до 90% для более крупных двигателей.

Асинхронные двигатели работают с максимальной эффективностью, если их размер соответствует нагрузке, которую они будут приводить. Двигатели большого размера не только работают неэффективно, но и требуют более высоких первоначальных затрат, чем двигатели правильного размера.

В момент запуска двигателя во время периода разгона двигатель потребляет высокий пусковой ток. Этот пусковой ток также называется током заторможенного ротора. Обычные асинхронные двигатели, запускаемые при номинальном напряжении, имеют пусковые токи с заторможенным ротором, в 6 раз превышающие ток полной нагрузки, указанный на паспортной табличке.Ток заторможенного ротора в значительной степени зависит от типа конструкции стержня ротора и может быть определен по буквенным обозначениям конструкции NEMA, указанным на паспортной табличке.

Высокий ток двигателя с заторможенным ротором может вызвать провалы или провалы напряжения в линиях электропередач, что может вызвать нежелательное мерцание света и проблемы с другим работающим оборудованием. Кроме того, двигатель, потребляющий чрезмерный ток в условиях заторможенного ротора, с большей вероятностью вызовет ложное срабатывание защитных устройств во время запуска двигателя.

Односкоростной двигатель имеет одну номинальную скорость, на которой он работает, если напряжение и частота указаны на паспортной табличке. Многоскоростной двигатель будет работать с более чем одной скоростью, в зависимости от того, как обмотки соединены для образования разного количества магнитных полюсов. Двухскоростные однообмоточные двигатели называются последовательными полюсными двигателями. Низкая скорость однообмоточного двигателя с последовательным полюсом всегда составляет половину более высокой скорости. Если требования диктуют скорость с любым другим передаточным числом, необходимо использовать двухобмоточный двигатель.В двигателях с раздельной обмоткой в ​​двигатель устанавливается отдельная обмотка для каждой желаемой скорости.

В однообмоточных двигателях с последовательными полюсами обмотки статора расположены так, что число полюсов может быть изменено путем реверсирования некоторых токов катушки.

Посредством специальных подключений к этим выводам обмотки можно соединять последовательно треугольником или звездой.

Последовательное соединение треугольником приводит к низкой скорости, а параллельное соединение звездой — к высокой. Номинальный крутящий момент будет одинаковым на обеих скоростях.Если обмотка такова, что последовательное соединение треугольником дает высокую скорость, а параллельное соединение звездой — низкую скорость, номинальная мощность в лошадиных силах будет одинаковой на обеих скоростях.

Односкоростные асинхронные двигатели переменного тока часто поставляются с несколькими внешними выводами для различных номинальных напряжений в приложениях с фиксированной частотой. Несколько выводов могут быть спроектированы так, чтобы обеспечивать повторное соединение последовательно или параллельно, повторное соединение звезда-треугольник или их комбинации.

Типовые соединения для последовательного и параллельного переподключения двойного напряжения звездой и треугольником.Эти типы переподключений не следует путать с переподключением многоскоростных многофазных асинхронных двигателей. В случае многоскоростных двигателей повторное включение приводит к двигателю с другим числом магнитных полюсов и, следовательно, с другой синхронной скоростью при заданной частоте.

Как работает двигатель с короткозамкнутым ротором?

Обмотки возбуждения в статоре асинхронного двигателя создают вращающееся магнитное поле через ротор. Относительное движение между этим полем и вращением ротора индуцирует электрический ток в проводящих стержнях.В свою очередь, эти продольные токи в проводниках взаимодействуют с магнитным полем двигателя, создавая силу, действующую по касательной, ортогональной к ротору, в результате чего возникает крутящий момент для вращения вала. В действительности ротор перемещается с помощью магнитного поля, но с немного меньшей скоростью вращения. Разница в скорости называется скольжением и увеличивается с нагрузкой.

Проводники часто слегка перекошены по длине ротора, чтобы уменьшить шум и сгладить колебания крутящего момента, которые могут возникнуть на некоторых скоростях из-за взаимодействия с полюсными наконечниками статора.Количество стержней на короткозамкнутой клетке определяет, в какой степени индуцированные токи возвращаются к катушкам статора и, следовательно, ток через них. В конструкциях с наименьшей обратной связью используется простое количество столбцов.

Стальной сердечник служит для переноса магнитного поля через проводники ротора. Поскольку магнитное поле в роторе меняется со временем, сердечник использует конструкцию, аналогичную сердечнику трансформатора, для уменьшения потерь энергии сердечника. Он состоит из тонких пластин, разделенных лаковой изоляцией для уменьшения вихревых токов, циркулирующих в сердечнике.Материал представляет собой низкоуглеродистое, но высококремнистое железо с удельным сопротивлением, в несколько раз превышающим удельное сопротивление чистого железа, что дополнительно снижает потери на вихревые токи и низкую коэрцитивную силу для уменьшения потерь на гистерезис.

Одна и та же базовая конструкция используется как для однофазных, так и для трехфазных двигателей широкого диапазона типоразмеров. Роторы для трехфазных двигателей будут иметь различную глубину и форму стержней в соответствии с классификацией конструкции. Как правило, толстые стержни обладают хорошим крутящим моментом и эффективны при низком скольжении, так как имеют более низкую проводимость по отношению к ЭДС.По мере увеличения скольжения скин-эффект начинает уменьшать эффективную глубину и увеличивает сопротивление, что приводит к снижению эффективности, но по-прежнему поддерживает крутящий момент.

Если вам нужна помощь с двигателем или вам нужен новый двигатель, вы можете написать нам по адресу [адрес электронной почты защищен], и мы будем рады помочь.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *