Принцип асинхронный двигатель: Трехфазный асинхронный двигатель

alexxlab

Содержание

§75. Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя. Трехфазные асинхронные двигатели являются самыми распространенными электрическими двигателями и применяются для привода различных станков, насосов, вентиляторов, компрессоров, грузоподъемных механизмов, а также на э. п. с. переменного тока в качестве двигателей вспомогательных машин..

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части статора 1 (рис. 248, а), на котором расположены обмотка 2 статора, и вращающейся части — ротора 3 с обмоткой 4. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка 2 статора представляет собой трехфазную или в общем случае многофазную обмотку, катушки которой размещают равномерно вдоль окружности статора. Фазы этой обмотки А-Х, B-Y и C-Z размещены равномерно по окружности статора; они соединяются «звездой» (рис. 248,б) или «треугольником» и подключаются к сети трехфазного тока.

Обмотку 4 размещают равно-

Рис. 248. Электромагнитная схема асинхронного двигателя (а), схема включения его обмоток (б) и пространственное распределение вращающего магнитного поля (в) в двухполюсной машине

мерно вдоль окружности ротора. При работе двигателя она замкнута накоротко.

При подключении обмотки статора к сети создается синусоидально распределенное вращающееся магнитное поле 5 (рис. 248, в). Оно индуцирует в обмотках статора и ротора э. д. с. e1 и е2. Под действием э. д.с. е2 по проводникам ротора будет проходить электрический ток i2. На рис. 248, а показано согласно правилу правой руки направление э. д. с. е

2, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф, по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения п меньше синхронной частоты n1, активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной э. д. с. е2, при этом условные обозначения (крестики и точки) показывают одновременно и направление активной составляющей тока i2.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарная сила F

рез, приложенная ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента М тормозному, приложенному к валу от приводимого во вращение механизма и внутренних сил трения.

Э.д.с, индуцированная в проводниках обмотки ротора, зависит от частоты их пересечения вращающимся полем, т. е. от разности частот вращения магнитного поля n1 и ротора n. Чем больше разность n1

— n, тем больше э. д. с. е2. Следовательно, необходимым условием для возникновения в асинхронной машине электромагнитного вращающего момента является неравенство частот вращения n1 и n. Только при этом условии в обмотке ротора индуцируется э. д. с. и возникает ток i и электромагнитный момент М. По этой причине машина называется асинхронной (ротор ее вращается несинхронно с полем). Иногда ее называют индукционной ввиду того, что ток в роторе возникает индуктивным путем, а не подается от какого-либо внешнего источника.

Для характеристики отставания частоты вращения ротора двигателя от частоты вращения магнитного поля служит скольжение, его выражают в относительных единицах или процентах:

s = (n1— n) /n1 или s = [(n1— n) /n1] 100% (81)

Если, например, четырехполюсный двигатель имеет s = 4%, то частота вращения его ротора равна 1440 об/мин (частота вращения поля при частоте 50 Гц составляет 1500 об/мин, а отставание ротора от частоты поля равно 4 % от 1500 об/мин, т. е. 60 об/мин). В двухполюсном двигателе при s = 4% частота вращения ротора составляет 2880 об/мин (3000—0,04*3000 = 2880).

Частота вращения ротора, выраженная через скольжение,

n = n1(1 – s) (82)

По своей конструкции различают двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами) и с короткозамкнутым ротором. Они имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются выполнением ротора. Пусковые свойства этих двигателей различны.

Принцип работы асинхронного двигателя | Эксплуатация электрических машин и аппаратуры | Архивы

Страница 9 из 74

Работа асинхронного двигателя основана на явлении взаимодействия индуктированного тока ротора с магнитным полем статора (рис. 26).
При включении трехфазного двигателя в сеть по его фазам протекают токи, образующие вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого равна:
Вращающийся магнитный поток пересекает обмотку ротора и в ней индуктируется э. д. с., направление которой определяется по правилу правой руки. Направления индуктированных э д. с. ротора (рис. 26) отмечены знаком плюс и точкой.

В замкнутой обмотке ротора под действием э. д. с. возникают токи такого же направления.
На каждый проводник с током в магнитном поле действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием сил Fпр (рис. 26) возникает момент М двигателя, ротор разворачивается в направлении вращения магнитного поля со скоростью п, меньшей скорости поля п1. Скорость ротора асинхронного двигателя в принципе не может достичь синхронной скорости. Если допустить, что скорость ротора и магнитного поля равны, то в таком случае обмотка ротора не будет пересекаться магнитным полем, поэтому не возникнет э. д. с., ток ротора и момент двигателя будут равны нулю Ротор уменьшит свою скорость, его обмотка будет пересекаться магнитным полем и вновь возникнет момент двигателя.

Рис. 26. Модель асинхронного двигателя.

Скорость ротора асинхронной машины называют асинхронной скоростью, то есть скорость, неравная синхронной скорости поля, Если скорость ротора п, то роторная обмотка пересекается магнитным полем со скоростью (п1 — п).

Отношение скорости пересечения ротора магнитным полем к синхронной скорости называется скольжением машины:

или в процентах

В зависимости от величины и знака скольжения различают три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный и режим электромагнитного тормоза.
В двигательном режиме направления скорости вращения ротора и магнитного поля совпадают, но скорость ротора меньше поля. Поэтому скольжение положительное и меньше единицы. Двигательный режим асинхронной машины схватывает диапазон скольжения от 1 до 0. В первый момент включения двигателя в сеть ротор неподвижен (п = 0), чему будет соответствовать скольжение S=1. При скорости ротора, равной синхронной (что соответствует синхронному ходу асинхронной машины), скольжение равно нулю. Номинальное скольжение для разных асинхронных двигателей различно, порядок поминального скольжения равен 0,01—0,07 (1—7%).
Скорость вращения ротора двигателя через скольжение выразим формулой:

где скольжение 5 в долях, а не в процентах.
По номинальной скорости двигателя пп, указанной на его щитке, можно определить синхронную скорость п1, число полюсов 2р
и номинальное скольжение S. Допустим, на щитке асинхронного двигателя, включаемого в сеть с частотой f = 50 гЦ, указана номинальная скорость п — 940 об/мин. Помня, что скорость двигателя лишь на несколько процентов меньше синхронной а ряд синхронных скоростей при 50 гЦ представляет числа 3000; 1500; 1000; 750 и т. д. об/мин, то скорость поля для данного двигателя будет равна пх — 1000 об/мин. Число полюсов машины подсчитывают по формуле:
Номинальное скольжение двигателя равно;

Ротор и магнитное поле вращаются в одном направлении. Для изменения направления вращения (реверсирования) нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для этого необходимо поменять два любых провода, соединяющих двигатель с сетью.
В генераторном режиме ротор машины, вращаясь в направлении магнитного поля, имеет скорость выше синхронной, чему будет соответствовать отрицательное скольжение.

При генераторном режиме асинхронной машины создается скольжение от нуля до отрицательной бесконечности. Для перевода асинхронного двигателя в режим генератора необходим дополнительный двигатель, который мог бы вращать ротор со скоростью больше синхронной.
В режиме электромагнитного тормоза ротор машины вращается в противоположную сторону по отношению к направлению вращения магнитного поля. Такой режим асинхронной машины будет, если ротор при включенном статоре в сеть принудительно вращать каким-либо другим двигателем против поля и если при вращающемся роторе быстро произвести реверсирование двигателя. В режиме электромагнитного тормоза скорость ротора отрицательна, скольжение больше единицы. Электромагнитному тормозу асинхронной машины соответствуют скольжения от единицы до бесконечности.

Асинхронные двигатели: принципы эффективного управления

Значение асинхронных двигателей на любом производстве переоценить невозможно. Они обеспечивают функционирование оборудования, совершенно различного по мощности (от вентиляторов камер до дробилок), режиму работы (питающие насосы работают без остановки, а насосные станции пожаротушения могут почти не включаться) и требованиям к безопасности (взрывозащищенное и искробезопасное исполнение позволяют использовать асинхронные двигатели во взрывоопасных производственных зонах). Двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью и являются самыми распространенными электрическими машинами. Согласно экспертным оценкам асинхронные двигатели потребляют до 53% всей вырабатываемой энергии.

Управление асинхронными двигателями определяется спецификой применения и требованиями к работе оборудования. Так, двигатель вентилятора должен включаться по сигналу от термодатчика, насосный двигатель — изменять скорость вращения для поддержания давления, а двигатель в составе систем, оборудованных запорно-регулирующей арматурой, — обеспечивать работу установки и контроль за состоянием арматуры. Чем выше требования к управляемому оборудованию, тем сложнее схема управления двигателем и конструкция шкафа управления.

Одно из распространенных применений асинхронных двигателей — насосы и насосные станции, активно используемые в производствах, где требуется перекачивание рабочих жидкостей, и решающие важные технологические задачи. Надежность и экономичность насосных установок серьезно влияют на показатели эффективности производства, и в свою очередь зависят от качества управления их работой. Как выбрать оптимальную схему управления для двигателей насосов и насосных станций, говорим сегодня.

Прежде всего, надо понять, как можно запускать двигатели и управлять ими. Условно по способам управления их можно разделить на три вида:

  • прямой пуск и работа двигателя с постоянной производительностью;
  • использование устройств плавного пуска (УПП) для разгона и дальнейшая работа двигателя с постоянной производительностью;
  • использование преобразователей частоты (частотно-регулируемых приводов — ЧРП) для оптимального разгона и изменения производительности в зависимости от условий работы.

Рассмотрим каждый из способов.

Прямой пуск

Прямой пуск применяется в основном для маломощных двигателей — простой и надежный способ.

Для двигателей средней и большой мощности с тяжелыми условиями запуска необходимо ограничивать пусковой ток, поэтому для них используют пуск по схеме «звезда-треугольник».

При схеме «звезда–треугольник» двигатель должен быть таким, чтобы номинальное напряжение питания при включении его обмоток «треугольником» было 380 В. В этом случае двигатель запускается в два шага. На шаге разгона обмотки включаются «звездой».

Таким образом, получается, что 380 В подается на схему, которая для нормальной работы требует напряжения около 660 В. Так как двигатель в «звезде» работает при пониженном напряжении, разгон (выход на рабочие обороты) получается относительно плавным.

На втором шаге обмотки включаются «треугольником», и двигатель выходит на свою номинальную мощность. Минус этого способа — разгон получается ступенчатым, а пусковые токи все же могут принимать большое значение в сравнении с пуском от УПП или ЧРП.

 

Подключение двигателей по схеме «звезда» и «треугольник»

Использование устройств плавного пуска

На электроприводе насосных агрегатов при пуске с повышенным моментом и резкой остановке насосных установок в сети возникают гидравлические удары, которые могут повредить запорно-регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы, трубопровод. Плавный пуск и остановка агрегатов позволяет избежать этих проблем, обеспечить это может устройство плавного пуска (УПП). Устанавливать УПП следует на двигателях средней и большой мощности. Но надо помнить, что устройства в лучшем случае снижают пусковой ток в 2,5 раза.

Одиночный насос

При более высоких требованиях к пусковым токам двигателей и/или наличии переменной нагрузки необходимо использовать преобразователь частоты.

Использование преобразователей частоты

Насосная станция из четырех насосов

Преобразователь частоты, помимо преимуществ УПП, обладает еще рядом полезных возможностей:

1. Каскадный режим работы. При запуске частотный преобразователь регулирует сначала двигатель одного насоса, пытаясь достичь заданного давления. Если производительности первого насоса не хватает, то ЧРП, управляя контакторами двигателей, отключает двигатель первого насоса от преобразователя, затем немедленно подключает его к сети и работает на полную мощность. В то же время, включается контактор, питающий второй насос от преобразователя частоты. Сам преобразователь частоты начинает отрабатывать пуск двигателя: выполняется плавная раскрутка и вход в режим регулирования. Таким образом, суммируя мощности двигателей, получаем широкий диапазон регулирования параметров системы.

2. Рассмотренная схема позволяет подключать три, четыре и более насосов, без использования внешних логических контроллеров.

3. Возможность использования схем с переключением насосов. Это помогает уменьшить износ оборудования и выполнять одинаковую наработку часов оборудования. Кроме того, схема с переключением насосов легко позволяет вводить аварийный резерв, так как все насосы постоянно находятся в рабочем и готовом состоянии.

Использование частотно регулируемых приводов — это наиболее совершенное техническое решение настоящего времени. Поэтому они активно внедряются как при новом строительстве промышленных объектов, так и при реконструкции существующего производства. Последнее особенно актуально для нашей страны, так как оборудование многих производств устарело и требует замены двигателей или их модернизации посредством установки ЧРП.

Как правило, установка ЧРП себя оправдывает, тем не менее его выбор к применению должен быть обоснован, так как цена ЧРП может превышать стоимость самого двигателя в разы.

Как и любая другая электроустановка, двигатель требует выполнения защиты. Различают несколько видов защит.

Внешняя защита

Как правило, внешняя совмещает в себе защиту от короткого замыкания и перегрузки по току. Реализуют её, в основном, на специальных автоматах защиты электродвигателя или контакторах с тепловым реле. Основное преимущество этих аппаратов заключается в точной настройке теплового расцепителя, что позволяет уберечь двигатель при заклинивании подшипника, при перегрузке механизма в целом с дальнейшим ростом токов. Использование обычных автоматических выключателей нежелательно.

Что касается преобразователей частоты, то согласно рекомендациям многих заводов-производителей защищать их по току следует быстродействующими предохранителями. Но такое решение не всегда удобно, поэтому допускается защищать ЧРП автоматическим выключателем. Важно правильно подобрать его номинальные значения в соответствии с UL 508, параграф 45.8.4, часть «а»: для трехфазных приводов номинальный ток автоматического выключателя должен быть 1,6-2,6 кратным к входному току преобразователя частоты, это связано с длительным увеличением тока до 160 % от номинального во время разгона двигателя.

Внутренняя защита

Внутренней защитой выступает тепловая защита двигателя. Реализуется с помощью теплового датчика — термистора, встраиваемого в обмотки статора двигателя. В этом случае в шкаф управления потребуется установка дополнительного реле, которое будет контролировать состояние теплового датчика и в случае недопустимого перегрева воздействовать на аппарат управления двигателя и отключать его. Если двигатель управляется от ЧРП, то сигнал от терморезистора РТС можно завести на аналоговый вход ЧРП с заданием уставки срабатывания. Также в роли тепловой защиты могут выступать биметаллические пластины, устанавливаемые в двигатели. Своим контактом она разрывает цепь управления и останавливает двигатель.

Шкафы управления насосами

Дополнительные защиты

В роли дополнительной защиты может выступать датчик сухого хода. В тех системах, где используется насос с «мокрым» ротором, и его работа не допускается без рабочей среды — устанавливают датчик «сухого хода». Его работа реализуется с помощью реле протока и реле времени, которое позволяет совершить пуск пока рабочая среда не начнет двигаться и не включит реле протока.

Защита минимального напряжения (ЗМН). При возникновении КЗ на линии, отходящей от шин РП, происходит снижение напряжения. Возникает самозапуск всех двигателей, подключенных к РП, тем самым усугубляя ситуацию. При снижении напряжения ниже 55-65 % от номинального напряжения, самозапуск может не произойти. Для того, чтобы дать возможность самозапуститься ответственным двигателям, ЗМН отключает неответственные двигатели.

Как правило, реализуется это при помощи реле контроля фаз. Соответственно, схема управления контактором должна осуществляться при помощи реле с фиксацией команд управления.

Схема управления. Полезные советы

При выборе оптимальной схемы управления необходимо обратить внимание на ряд немаловажных моментов:

  1. Оперативное питание вторичных цепей управления лучше всего осуществлять по отдельной линии от источника бесперебойного питания. Но такая возможность есть не всегда, и тогда оперативное питание надо брать непосредственно от силового ввода питания в шкаф.
  2. При наличии возможности управления двигателем из нескольких мест (местное, дистанционное) обычно устанавливается переключатель, дающий возможность управлять из того или иного места. В таких случаях схему строить следует таким образом, чтобы команда на отключение выполнялась в любом случае, вне зависимости от положения переключателя режимами управления.
  3. Шкафы управления, оборудованные ЧРП, обязательно должны иметь активную вентиляцию. Приточный вентилятор лучше располагать в нижней части шкафа, а вытяжную решетку в верхней. Приток воздуха создает внутри избыточное давление чистого воздуха и предотвращает попадание грязного через возможные дефекты корпуса. Если шкафов будет несколько, и они будут располагаться в один ряд, то вентилятор и решетку надо располагать на дверце. Мощность вентилятора должна выбираться исходя из тепловыделения ЧРП. Следует отметить, что заводские характеристики вентилятора даются для свободного потока воздуха, при установке фильтра производительность падает на 25-30 %, также производительность будет падать по мере засорения фильтра, поэтому необходимо делать соответствующий запас при выборе вентилятора.
  4. Не стоит забывать, что в некоторых случаях требуется амперметр, показывающий ток двигателя, и преобразователь для передачи данных в АСУ ТП.
  5. Во многих случаях требуется передача данных в АСУ ТП, поэтому необходимо предусмотреть дополнительные клеммы для подключения аналоговых входов/выходов ЧРП и датчиков, сухих контактов реле и контактора, аварийных контактов срабатывания защит и пр.
  6. При работе насосного агрегата может возникнуть неисправность или аварийная ситуация, поломка насоса или двигателя, отклонения параметров работы от нормы, опасная для персонала ситуация. В таком случае требуется экстренное отключение установки, для чего необходимо предусмотреть аварийную кнопку. Таких кнопок может быть несколько: на самом щите управления и непосредственно у насоса. Лучше, чтобы это была красная кнопка-грибок.

Дополнительная сложность в организации управления асинхронными двигателями обусловлена тем, что большинство представленных на рынке шкафов управления — это готовые универсальные решения, при построении которых не учитываются индивидуальные особенности производственного цикла, особенности подключаемых двигателей, требования, предъявляемые к надежности аппаратуры со стороны Заказчика, а также принцип «подобия», предполагающий максимальное приближение готового изделия к уже установленным на объекте шкафам. Поэтому в процессе монтажа и наладки приходится в большинстве случаев вносить множество изменений, что повышает риски поломки оборудования и увеличивает уровень ответственности подрядчика и требования к квалификации специалистов-наладчиков.

Компоновочные решения при проектировании шкафов управления насосами

Вообще, учитывая масштаб задач, которые решаются с применением асинхронных двигателей, и стоимость оборудования в случае применения ЧРП или УПП, первое, в чем следует убедиться при выборе поставщика оборудования для управления двигателем, — это компетенция исполнителя. Неважно, с кем вы работаете — производителем или интегратором — главное, чтобы ваш партнер смог обеспечить квалифицированную поддержку, подобрать нужный способ управления с учетом требований производства, а также выстроить надежную системы защиты.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главная » Разное » Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым и фазным ротором: устройство и принцип действия

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 роторомС фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым роторомС фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток3. 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.

odinelectric.ru

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 двигатель — это 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.

Рекомендуем к прочтению — однофазный асинхронный двигатель. 

  • Просмотров: 63901

    • electroandi.ru

    Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

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

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

    Схема пуска асинхронного двигателя.

    Расчёт тока электродвигателя.

    Реверсивное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

    Ну а теперь давайте перейдём к теме сегодняшней статьи.

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

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

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

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

    Обозначается это скольжение буквой: S

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

    Где, n1 – это синхронная частота магнитного поля статора;

    n2 – это частота вращения вала.

    Устройство асинхронного электродвигателя.

    Двигатель состоит из таких частей:

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

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

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

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

    5. Вентилятор охлаждения. Изготавливается из пластмассы или металла.

    6. Кожух вентилятора. Имеет прорези для подачи воздуха.

    7. Борно или клеммная коробка. Для подключения кабелей.

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

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

    Самые распространённые – это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.

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

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

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

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

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

    Принцип действия.

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

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

    По принципу роботы вот посмотрите видео ролик.

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

    Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

    Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

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

    2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

    3. Очень простая схема запуска.

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

    5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

    6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

    7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

    8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

    Недостатки:

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

    2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

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

    4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

    5. Высокие показатели пусковых токов.

    Достоинства двигателей с фазным ротором:

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

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

    3. Небольшой пусковой ток.

    4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

    Недостатки:

    1. Большие габариты.

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

    3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

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

    С уважением Александр!

    Читайте также статьи:

    fazanet.ru

    Принцип действия асинхронного двигателя — Asutpp

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

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

    Строение двигателя

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

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

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

    Конструкция асинхронного двигателя

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

    Второй очень важный закон – Фарадея:

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

    Принцип действия

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

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

    Принцип работы асинхронного двигателя

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

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

    Как вращается ротор

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

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

    Гребневые асинхронные двигатели

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

    Подключение

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

    Видео: Как работает асинхронный двигатель

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

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

    QC = Uс I2 = U2 I2 / sin2

    Схема: Подключение асинхронного двигателя

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

    Аналогия с муфтой

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

    Электромагнитная муфта сцепления

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

    Достоинства и недостатки

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

    Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

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

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

    Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

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

    www.asutpp.ru

    Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

    Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

    Устройство асинхронного электродвигателя

    В его конструкцию входят следующие элементы:

    • Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
    • Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
    • Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

    Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

    Принцип работы асинхронного двигателя

    Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

    Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

    В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

    Пошагово процесс выглядит следующим образом:

    1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
    2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
    3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
    4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
    5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
    6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

    То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

    Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

    Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

    На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

    Преимущества асинхронных двигателей

    Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

    • Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
    • Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
    • Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
    • Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

    Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

    www.szemo.ru

    Асинхронный электродвигатель — устройство, принцип работы, виды асинхронных двигателей

    Данный двигатель зачастую используется в промышленности. Он простой в использовании, долговечный, недорогой.

    Асинхронный двигатель

    Асинхронный двигатель превращает электрическую энергию в механическую. Его работа основана на принципе вращающегося магнитного поля. Сам принцип действия аппарата можно описать несколькими пунктами поэтапно:

    1. Во время запуска самого двигателя происходит пересечение магнитного поля с контуром ротора, после чего происходит индицирование электродвижущей силы.
    2. В замкнутом роторе происходит возникновение переменного тока.
    3. Магнитные поля: статора и ротора также воссоздают непосредственно так называемый крутящий момент.
    4. Ротор «догоняет» поле самого статора.
    5. Когда частоты вращения самого магнитного поля статора/ротора имеют совпадения, электромагнитные процессы, образованные в месте ротора затухают. После чего крутящий момент приравнивается к «0».
    6. Статор, а вернее его образованное магнитное поле возбуждает контур ротора, который в этот момент вновь позади.

    Где применяются?

    Как уже уточнялось выше в статье, применяется данный двигатель промышленности (лебедки общепромышленного назначения, краны) и бытовой технике (асинхронные двигатели с небольшой мощностью).

    Теперь остановим ваше внимание на электродвигателе непосредственно с короткозамкнутым ротором. Они применяются в самих электроприводах различных типов станков, а если говорить точнее: металлообрабатывающих, а также часто встречающихся на сегодня грузоподъемных и ткацких, в том числе деревообрабатывающих), а также в вентиляторах, лифтах, различных насосах, бытовых приборах.

    Если говорить об асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором, то благодаря его применению можно добиться существенного снижения энергопотребления оборудования, которое в свою очередь, обеспечивает высокий уровень надежности аппарата. Данные характеристики оказывают положительный эффект на модернизацию производства в целом.

     

    Что такое «скольжение»?

    Пришло время поговорить о таком понятии как «скольжение» асинхронного двигателя.
    Это, по сути, относительная разность скоростей самого вращения «ротора», это ни что иное, как изменение, так называемого переменного магнитного тока. «Скольжение» измеряется в относительных единицах, а также можно измерять в процентном соотношении.

    Устройство асинхронного двигателя

    Основные части двигателя: статор и ротор. Три обмотки находятся на полюсах железного сердечника кольцевой формы, сети так называемого трехфазного тока 0 располагаются одна относительно другой строго под углом 120 градусов.
    Также отметим, что внутри самого сердечника закреплен на той же оси цилиндр из высококачественного металла. Он называется – ротор.

    Из чего состоит асинхронный электродвигатель

    Статор

    Статор это неподвижная часть, которая формирует вращающееся магнитное поле. Именно это поле непосредственно соприкасается с электромагнитным полем самой подвижной части, именуемой ротором, тем самым происходит полноценное вращение ротора.

    Двигатели статора имеют фазные и короткозамкнутые роторы.

    Устройство статора
    1. Первое это корпус, изготовленный из чугуна, но часто встречаются корпуса из алюминия.
    2. Далее идет сердечник из пластин, которые изготовлены из электротехнической стали в толщину 0,5 миллиметров. Пластины сердечника скреплены скобками или же швами, покрыты изоляционным лаком, закреплены в станине при помощи стопорных болтов.
    3. Ну и последнее в устройстве статора– обмотки, сдвинутые друг к другу на 120 градусов, как правило, в устройстве их не более трех, они вложены в пазы на внутренней стороне самого сердечника, изготовлены из изолированного медного, алюминиевого провода круглого/квадратного сечения.
    Сердечник статора

    Выполняется с посадкой на вал, без наличия промежуточной втулки. Посадка сердечников используется в двигателях с высотой непосредственно оси в 250 миллиметров без шпонки.
    В больших двигателях сердечники закреплены на вал с применением шпонки. В случае, если ротор в диаметре 990 миллиметров, сердечник шихтуют из разных сегментов.

    Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

    Определить количество оборотов электродвигателя можно лишь при помощи обмотки. В этом нет ничего сложного и достаточно просто следовать инструкции и все получится. Для этого нужно:

    1. Снять крышку с двигателя.
    2. Найти одну из секций и посмотреть, сколько места она занимает по окружности самого круга. Например, если катушка заняла половину круга – это 180 градусов, то двигатель идет на 3000 оборотов в минуту.
    3. Если в окружности вмещается три секции на 120 градусов, то это двигатель на 1500 оборотов в минуту.
    4. Если в катушке вмещается 4 секции на 90 градусов, то двигатель на 3000 оборотов в минуту.
    Ротор

    Вращается внутри самого статора (выше описывали, что он представляет собой). Ротор – элемент электрического двигателя. Его вал соединен с деталями агрегаторов. Если говорить о массивном роторе – это цельный стальной цилиндр, который помещается во внутрь статора с не присоединенным к его поверхности сердечником (также выше описывали что такое сердечник).

    Также бывают еще разновидности ротора:

    • фазный (уложен в пазы сердечника обмоткой и соединен по схеме «звезда»),
    • короткозамкнутый (залитый в поверхность сердечника, замкнут с торцов при помощи двух высокопроводящих медных колец).
    Устройство короткозамкнутого ротора

    Такая обмотка зачастую называется у профессионалов «беличьим колесом» по причине того, что его внешняя конструкция достаточно схожа с ним. Состоит из аллюминевых стержней, торцов с двумя кольцами замкнутых накоротко. Такие стержни вставлены, как правило, в пазы сердечника самого ротора.

    Как сделан фазный ротор

    Фазный ротор представляет собой двигатель, который поддается регулировке при помощи добавления в цепь ротора так называемых добавочных сопротивлений. Используются такого плана двигатели во время пуска с нагрузкой на валу. В свою очередь, увеличение сопротивления в цепи ротора предоставляет возможность увеличить пусковой момент.

    Что лучше короткозамкнутый или фазный: совместная работа ротора и статора

    Здесь стоит отметить, что особенных преимуществ нет ни у одного ротора, каждый хорош по-своему. Более подробно на них останавливаться не будем, так как вся необходимая информация по этим двум разновидностям ротора уже была дана выше в статье. остановим внимание на том, как регулируется частота вращения ротора. Это можно сделать при помощи изменения так называемого дополнительного сопротивления самой цепи ротора.

    Также можно регулировать частоту вращения ротора, изменив напряжение статора, который подведен к обмотке.

    Можно также изменить частоту питающего напряжения или же переключить число пар полюсов, ввести резисторы в цепь ротора.

    Классификация по типу ротора

    Классификация по типу ротора следующая: однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а также есть такая разновидность ротора, как двухфазный асинхронный двигатель короткозамкнутый.

    Плюс ко всему сегодня часто пользуется спросом и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с тремя фазами, а также асинхронный двигатель с фазным ротором, также с тремя фазами. Именно так и делится классификация ротора по числу фаз.

    Линейные моторы

    В линейных двигателях перемещение рабочего органа РО (коротких подач) происходит от самого двигателя через ременную передачу строго на винт (ходовой).

    Шариковая гайка скреплена с короткой передачей пружинных механизмов защиты от соударений, именно через нее происходит вращение винта и происходит трансформация в продольное перемещение РО.

    Подключение двигателя к питанию

    Кнопки “Стоп” должны быть подключены в последовательности друг с другом, а в свою очередь кнопки “Пуск” должны строго настрого быть подключены в параллели между собой в цепи управления.

    Во время нажатия на “Пуск” цепь катушки будет замкнута, а сама катушка начинает втягиваться, а во время размыкания кнопки, напряжение питающее катушку, пойдет через блок-контакт КМ. Прервать цепь управления можно при помощи нажатия на одну из кнопок “Стоп”.

    Достоинства и недостатки асинхронных двигателей

    Какие недостатки и достоинства у асинхронных электродвигателей

    Достоинства:
    • прежде всего, их легко использовать и никаких сложностей при эксплуатации не возникает
    • конструкция двигателей очень простая и это еще одно их преимущество, а также нельзя не отметить их низкую себестоимость (порой это имеет большое значение для покупателей, так что это еще один плюс таких двигателей)
    • надежность
    Недостатки:
    • модели оснащены маленьким пусковым механизмом
    • выдают высокой спусковой ток
    • очень сильно чувствительны к возможной смене параметров в сети
    • для плавного регулирования скорости нужен преобразователь вероятных частот

    Несмотря на то, что есть свои недостатки эти асинхронные двигатели, пользуются огромной популярностью. Так что все-таки они заслуживают должного уважения и не зря их часто используют в промышленности.

    Заключение

    Надеемся, теперь вам полностью понятен принцип работы асинхронного двигателя. Если хотите регулярно узнавать новую информацию по этой теме, а также по теме металлоискателей, подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте». Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Там можно не только узнавать различного рода полезную информацию, но еще и задавать вопросы и получать на них подробные ответы.

    Следующая

    Электрические машиныМалоизвестные факты о двигателях постоянного тока

    electroinfo.net

    принцип работы и устройство :: SYL.ru

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

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

    Каковы же основные части этой машины

    Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

    1. Статор.

    2. Ротор.

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

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

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

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

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

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

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

    Двигатели по типу изготовления подвижной части

    Различают двигатели:

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

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

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

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

    Каков же принцип работы

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

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

    Что происходит в обмотке статора

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

    Как работает ротор

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

    Соединим статор и ротор. Что получится?

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

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

    Эффект скольжения

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

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

    Как подключить двигатель к источнику питания

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

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

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

    Как сделать реверс

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

    Однофазный асинхронных двигателей

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

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

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

    Подключить двигатель к однофазной цепи

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

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

    Параметры асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    www.syl.ru

    Асинхронный двигатель: устройство, виды, принцип работы

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

    Содержание статьи

    Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

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

    Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

    Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

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

    Статор

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

    Статор асинхронного двигателя

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

    Сердечник статора

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

    Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

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

    Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

    Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

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

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

    Ротор

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

    Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

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

    Устройство короткозамкнутого ротора

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

    Устройство короткозамкнутого ротора

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

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

    Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

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

    Как сделан фазный ротор

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

    Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

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

    Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

    Что лучше короткозамкнутый или фазный?

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

    Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

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

    Недостатки:

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

    Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

    Как регулируется частота вращения

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

    Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

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

    Однофазный асинхронный двигатель

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

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

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

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

    elektroznatok.ru

    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:

    n1 = (f1*60) / p, где n1 – синхронная частота,  f1 – частота переменного тока, а p – количество 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% * ( ns / n1) = 100% * (n1 — n2) / n1 , где ns – частота 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.

    www.asutpp.ru

    Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

    Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

       Принцип работы электродвигателя постоянного тока

    Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

     

    В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

    Простыми словами о сложном

    На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

     

       Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

    Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

     

       Рис. 2  Правило левой руки

    Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

    А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

       Рис. 3  Рамка

    Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

    Далее.

    Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

    Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

    Принцип работы электродвигателя постоянного тока

    Способ 1. Смена направления тока в рамке.

    Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

    Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

       Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

    На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

     
       Рис. 4.2

    В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

       Рис. 4.3

    И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

    Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

       Рис. 4.4

    И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

       Рис. 4.5

    А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

       Рис. 4.6

    И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

    Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

    А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

       Рис. 5

    Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

    Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

    Принцип работы электродвигателя переменного тока

    Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

    Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

       Рис. 6  Статор электродвигателя

    А есть значит 3 фазы переменного тока.

       Рис. 7

    Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

    Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

     
       Рис. 8

    И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

       Рис. 9  Вращающееся магнитное поле

    Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

    Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

    Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

    Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

       Рис. 10  (Рис.1)

    Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

    Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

    Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

    Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

    Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

    Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

     

    Смотрите также по этой теме:

       Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

       Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

     

    Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

    [wysija_form id=»1″]

    powercoup.by

    Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

    Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

    Устройство синхронного электродвигателя

    Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

    • Неподвижной части (якорь или статор).
    • Подвижной части (ротор или индуктор).
    • Вентилятора.
    • Контактных колец.
    • Щеток.
    • Возбудителя.

    Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

    Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

    Принцип работы синхронного электродвигателя

    Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

    В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

    Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

    • Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
    • С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

    Характеристики синхронного электродвигателя

    Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

    • Работу при высоком значении коэффициента мощности.
    • Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
    • Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
    • Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
    • Экономичность.

    Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

    • Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
    • Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
    • Сложность пуска.
    • Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

    Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

    • Для улучшения коэффициента мощности.
    • В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

    Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

    Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

    www.szemo.ru

    Серводвигатели – синхронные и асинхронные

    Для динамичных и точных сервоприводных систем у нас тоже есть модульная система двигателей. Выберите из трех синхронных и одной асинхронной серий свой оптимальный серводвигатель: компактный, малоинерционный и мощный. Множество типоразмеров и вариантов конструктивной длины обеспечивают широкую сферу применения и надежный пусковой момент.

    Что такое серводвигатели?

    Серводвигатель – это двигатель, который позволяет контролировать точное положение вала двигателя, а также частоту вращения и/или ускорение. Для этого применяются соответствующие датчики и способы автоматического регулирования. Раньше серводвигатели были вспомогательными приводами, которые конструировались для применения в станках. Впрочем, своим названием серводвигатель обязан латинскому слову „servus“, что по-русски означает „слуга“. В качестве серводвигателей может использоваться асинхронный двигатель, синхронный двигатель или двигатель постоянного тока. То есть различие между этими двигателями заключается не в самом принципе привода, а только в их возможностях регулирования.

    Какие серводвигатели существуют?

    Серводвигатели можно разделить на синхронные и асинхронные. Но это всегда привод, работающий в условиях электронного регулирования положения, скорости или момента – либо комбинации этих параметров. При этом предъявляются очень высокие требования к динамике, диапазонам регулирования и/или к точности движения. Серводвигатели обычно применяются в сочетании с системами автоматизации и управления, например в упаковочных машинах.

    Наше предложение: Синхронные и асинхронные серводвигатели

    Асинхронные серводвигатели

    Асинхронные серводвигатели подходят для применения в таких системах, где большие внешние моменты инерции нужно перемещать в установках и машинах, обеспечивая высокую надежность регулирования. Для этого SEW-EURODRIVE предлагает в серии двигателей DRL.. соответствующие решения для привода.

    Синхронные серводвигатели

    Синхронные серводвигатели – это приводы, в которых ротор с помощью закрепленных на нем постоянных магнитов синхронно приводится в движение вращающимся полем в статоре. Синхронный двигатель вращается синхронно подаваемой частоте вращающегося поля.

    Этот вариант привода работает от преобразователя частоты, который обеспечивает подходящий, управляемый трехфазный ток. Для этого в ассортименте SEW-EURODRIVE есть различные исполнения. Оптимизированные серводвигатели серии CMP.. можно в зависимости от применения адаптировать к высокой динамике или высоким нагрузкам. Классические сферы применения – пищевая промышленность, строительство, автомобилестроение, упаковочная техника и деревообработка.

    Основной особенностью синхронных серводвигателей серии CM..являются оптимальные характеристики регулирования, высокий вращающий момент и динамика. Эти двигатели идеально подходят для применения в логистике, например в качестве приводов портальных подъемников или стеллажных кранов-штабелеров.

    Электрические машины — это машины, совершающие преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. В первом случае электрические машины называются двигателями, во втором — генераторами.

    Асинхронный электродвигатель относятся к классу индуктивных электрических машин, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции, открытом Фарадеем в 1831 г.

    Чтобы лучше понять принцип действия асинхронного двигателя, на котором основана его работа , рассмотрим известный опыт Араго (рис. 1), объясненный впоследствии Фарадеем. В этом опыте некоторый постоянный магнит М люсами N—5 приводится во вращение механически мощью рукоятки Р. На небольшом расстоянии от полюсов магнита устанавливается легкий медный диск Д на оси, которая может вращаться в подшипниках. При вращении рукоятки и соответственно закрепленного с нею магнита в медном диске наводятся токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем N — S, обеспечивают появление вращающего момента. Под влиянием этого момента диск также увлекается в сторону вращения магнита. Таким образом, диск Араго является прототипом современного асинхронного двигателя.

    Рис. 1. Опыт Ф. Д. Араго

    Если в магнитном поле поместить прямолинейный проводник длиной l перпендикулярно направлению поля и пропустить через него постоянный электрический ток I, то на проводник в соответствии с законом Ампера будет действовать механическая сила F. Эта сила равна (в ньютонах) :

    F = BlI,    (1)

    где В — индукция магнитного поля, Тл; l — длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, м; I — сила тока, проходящего по проводнику, А.

    Таким образом, электрическая машина должна содержать две основные части: часть, создающую магнитное поле, и часть, содержащую совокупность проводников, расположенных в этом поле. В электрических машинах магнитное поле обычно создается с помощью системы обмоток (катушек) с током, расположенных на стальных (ферромагнитных) сердечниках.

    Рассмотрим теперь простейший случай образование магнитного поля с помощью переменного тока, проходящего по витку катушки, имеющему форму, показанную на рис. 2,а. Промышленная сеть переменного тока обеспечивает синусоидальную форму тока. На рис. 2,е изображена характеристика изменения тока в рассматриваемом контуре в зависимости от времени протекания процесса. Как видно из графика, ток имеет один знак, условно принятый положительным, на участке от 0 до момента времени t1, а затем противоположный, отрицательный знак на участке от t1 до t2 по оси времени.

    Максимальные значения тока Imax достигаются в моменты времени t’ и t»‘. При прохождении тока по рассматриваемому проводнику образуется магнитное поле, направление силовых линий которого показано на рис. 2,б в плоскости, перпендикулярной контуру с током. Условно направление тока от плоскости чертежа к читателю обозначено точкой, а противоположное направление — крестиком. Пунктиром показан постоянный магнит, обеспечивающий аналогичное магнитное поле, как и контур с током в момент времени t’. Для любого другого момента времени на участке 0—t1 магнитное поле будет иметь то же направление, но по значению оно будет слабее (например, в момент времени t»). Далее на участке характеристики t1 — t2(рис. 2,в) направление магнитных силовых линий поля (рис. 2, б) меняется на противоположное в соответствии  с изменением знака, т. е. направление тока в контуре (противоположное по сравнению с изображенным на рис. 2,б) также изменится на противоположное.

    Рис. 2. Образование пульсирующего магнитного поля контуром с током: а — контур с током; б — магнитное поле контура; в — изменение тока в контуре во времени

    Таким образом, при питании контура переменным током направление и величина магнитного поля, образованного этим витком, периодически изменяются. Такое магнитное  поле получило название пульсирующего.

    Мы рассмотрели случай образования магнитного поля при питании контура однофазным переменным током. На практике асинхронные двигатели, как правило, питаются трехфазным переменным током. Трехфазная цепь переменного тока состоит из трех однофазных цепей. В этих цепях токи или напряжения изменяются по тому же периодическому синусоидальному закону с той же частотой, но с некоторым сдвигом (отставанием) во времени. Величина отставания тока во второй фазе по сравнению с током в первой фазе составляет 1/3 периода времени Т, или 120°. Ток в третьей фазе также отстает от тока во второй фазе на 1/3 периода.

    На рис. 3,б показано образование магнитного поля с помощью трех контуров, сдвинутых относительно друг друга на 120° и питающихся от трехфазной сети синусоидального переменного тока. На рис. 3,а показан характер прохождения токов в каждой фазе, т. е. в каждом из контуров. Обозначение направлений токов на рис. 3,б (точки или крестики) соответствует принятому нами на рис. 2. Токи считаются положительными, если они имеют направления из плоскости чертежа (обозначено точкой) в началах контуров с током в фазах Ан, Вн, Сн и одновременно направление в плоскость чертежа (обозначено крестиком) в концах контуров фаз Ак, Вк, Ск. Такой случай, рассматриваемый для момента времени t1, показан на примере рис. 3,б. Пользуясь известным из физики правилом буравчика, можно построить силовые линии создаваемого магнитного поля токов. Направление этих силовых линий будет аналогично направлению силовых линий поля, создаваемого с помощью постоянного магнита, условно обозначенного на этом рисунке пунктиром.

    Рис. 3. Образование вращающегося магнитного поля трехфазным током: а — изменение фазных токов во времени; б — магнитное поле в разные моменты времени

    В некоторый момент времени t1 ток tВ достигнет своего наибольшего положительного значения, при этом токи iА, iС отрицательны. Такой пример рассмотрен на втором сверху рисунке (рис. 3,б). Как видно, в рассматриваемом случае две образовавшиеся зоны токов противоположного направления создают аналогичное поле, как и в момент времени t1. Однако оно повернуто на 1/3 окружности, т. е. на 120° по часовой стрелке.

    Далее сравним распределение магнитного поля на двух других примерах рис. 3,б, соответствующих моментам времени t3 и t4, с рассмотренными ранее случаями для моментов времени t1 и t2. При сравнении видно, что за период изменения времени Т создаваемое трехфазным током магнитное поле поворачивается в пространстве на целый оборот, т. е. на 360°. Такое магнитное поле называется вращающимся.

    Если изменить чередование каких-либо двух фаз (рис.4), например подключить обмотку b к фазе С и наоборот, т. е. вместо соединения по схеме на рис. 4,а выполнить его по схеме на рис. 4,б, то произойдет изменение направления вращения магнитного поля на противоположное. Это свойство обычно используетсяпри необходимости изменения направления вращения асинхронного электродвигателя, т. е. при осуществлении так называемого реверса двигателя.

    Рис. 4. Изменение чередования фаз питающего напряжения для изменения направления вращения асинхронного двигателя

    Как видно из простейшего примера (см. рис. 1), аналогичное магнитное поле может быть получено с помощью-электромагнита, имеющего одну пару полюсов (северный N и южный S). В дальнейшем понятием число пар полюсов мы будем часто пользоваться.

    Асинхронный электродвигатель имеются две основные части — вращающийся ротор и неподвижный статор. В широко распространенных трехфазных асинхронных электродвигателях статор подключается к трехфазной сети переменного тока. Трехфазный ток обмоток статора создает вращающееся магнитное поле с магнитным потоком Ф. Поле вращается относительно ротора, пересекает его обмотки и наводит в них электродвижущие силы (ЭДС). Под действием ЭДС в обмотках ротора, замкнутых накоротко, проходит ток I2 (в дальнейшем индекс 1 будет соответствовать статору и индекс 2 — ротору).

    При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает сила, которая заставляет ротор двигаться в сторону вращения магнитного поля. Этой силе соответствует вращающий электромагнитный момент М, который пропорционален магнитному потоку Ф поля статора и току ротора I2, т. е.

    М=kмФI2,      (2)

    где kм — коэффициент, учитывающий конструктивные размеры активных частей машины.

    Необходимо отметить, что вращающееся поле может быть  двухполюсным,  четырехполюсным, шестиполюсным и т. д. Число пар полюсов вращающегося поля определяется устройством обмотки статора. При одной и той же частоте f1 питающего тока (промышленная частота 50 периодов в секунду, или 50 Гц) многополюсное магнитное поле будет вращаться медленнее двухполюсного в число раз, равное числу пар полюсов р обмотки машины. Частота вращения поля n1 может быть найдена по формуле, об/мин,

    n1=60f1/p.      (3)

    В асинхронном двигателе частота вращения ротора n, увлекаемого магнитным полем статора, меньше частоты вращения n1 самого поля. В самом деле, в случае равенства этих частот вращения прекратилось бы движение поля по отношению к ротору, в роторе перестала бы наводиться ЭДС, создающая токи в его обмотках. При этом прекратилось бы создание электромагнитного момента, под действием которого ротор приходил во вращения. В таком случае ротор стал бы неминуемо проскальзывать, тормозиться, т. е. частота его вращения стала бы меньше частоты вращения магнитного поля, что и соответствует действительному положению в асинхронном двигателе. Ввиду различия частот вращения поля и ротора рассматриваемые машины получили названия асинхронных или несинхронных.

    Относительная разность частот вращения ротора и магнитного поля получила название скольжения. Скольжение обозначается буквой s и определяется по формуле

             (4)

    Если затормозить ротор асинхронного двигателя (n=0), то частоты токов статора и ротора будут одинаковыми, а сам двигатель превратится в трансформатор с вращающимся магнитным полем. В этом режиме преобразования электрической энергии в механическую не происходит.

    В зависимости от соотношения частот вращения поля n1 и ротора n можно выделить три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный и тормозной. Рассмотрим их подробней.

    Когда асинхронный двигатель работает в двигательном режиме частота вращения ротора изменяется в пределах 0<n<n1. Вращение ротора происходит под действием электромагнитного вращающего момента, а его направление совпадает с направлением вращения поля статора. Этот режим является основным при работе машины. Подводимая к статору электрическая энергия преобразуется в данном режиме в механическую.

    Если с помощью какого-либо другого первичного двигателя, установленного на валу асинхронной машины, обеспечить вращение ротора с частотой выше частоты вращения магнитного поля статора (n>n1), то асинхронная машина перейдет в генераторный режим, при этом направление вращения поля статора относительно ротора изменится на обратное по сравнению с работой машины в двигательном режиме. Вследствие этого изменят свой знак ЭДС, наводимая в обмотке ротора, и ток I2. Изменение направления тока приведет к изменению направления электромагнитного момента, который теперь будет направлен против направления вращения ротора. Таким образом, электромагнитный момент становится тормозным по отношению к двигателю, который приводит во вращение ротор асинхронной машины. Механическая энергия, передаваемая этим- двигателем асинхронной машине, преобразуется в электрическую и отдается в сеть, к которой подключена асинхронная машина. Примером такого режима может служить работа электровоза при спуске железнодорожного состава под уклон.

    Режим работы асинхронной машины, когда ротор приводится во вращение против направления вращения электромагнитного поля статора, получил название режима электромагнитного тормоза (или тормозного). Этот режим нашел применение в ряде подъемно-транспортных устройств. В этом режиме, как и в генераторном, электромагнитный момент направлен против направления вращения ротора. Однако в отличие от генераторного режима в режиме электромагнитного тормоза не происходит электромеханического преобразования энергии. Вся подводимая к асинхронной машине механическая и электрическая энергия преобразуется в потери (нагрев обмоток, потери на трение и др.). Генераторный режим и режим электромагнитного тормоза относятся к специальным режимам работы асинхронных машин.

    Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя

    При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.

    Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

    Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.


    ▷ Синхронные и асинхронные двигатели — где их использовать?

    Многие люди часто путаются с терминами «синхронные» и «асинхронные двигатели» и с их областями применения. Именно поэтому один из новейших членов сообщества электротехники написал эту статью. Проверьте это ниже:

    Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, а также где они обычно используются и чего можно достичь с помощью каждого из этих двигателей.

    Давайте сначала сконцентрируемся на их принципах работы…

    Синхронные и асинхронные двигатели — Принципы работы

    Синхронные двигатели

    Это типичный электродвигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость. В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество течет в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле.Это, в свою очередь, индуцируется на обмотках ротора, который затем начинает вращаться.

    Требуется внешний источник постоянного тока, чтобы синхронизировать направление и положение вращения ротора с направлением вращения статора. В результате такой блокировки двигатель либо должен работать синхронно, либо не вращаться совсем.

    Двигатели асинхронные

    Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как и у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель.Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в которых ротор не получает никакой электроэнергии за счет теплопроводности, как в случае двигателей постоянного тока.

    Единственная загвоздка в том, что в асинхронных двигателях нет внешнего устройства, подключенного для возбуждения ротора, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции. Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью, меньшей, чем скорость магнитного поля статора.Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора меняются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «проскальзывание».

    Синхронные и асинхронные двигатели — преимущества и недостатки

    1. Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью и заданной частотой независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
    2. Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с запаздыванием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с запаздыванием p.f, который может быть очень низким при уменьшении нагрузок.
    3. Синхронный двигатель не запускается автоматически, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
    4. На крутящий момент синхронного двигателя не влияют изменения приложенного напряжения, как на асинхронный двигатель.
    5. Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но асинхронный двигатель не требует внешнего возбуждения для работы.
    6. Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны для пользователя.
    7. Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об / мин), потому что их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об / мин.
    8. В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях за счет использования мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

    Синхронные и асинхронные двигатели — применение

    Приложения для синхронных двигателей
    1. Они обычно используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто перегружаются извне для достижения желаемого коэффициента мощности.
    2. Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления запаздывающей p.f.
    3. Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
    4. Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.
    Применение асинхронных двигателей

    Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они находят широкое применение в самых разных областях. Некоторые из них:

    1. Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы
    2. Компрессоры
    3. Конвейеры
    4. Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
    5. Станки токарные
    6. Масляные, текстильные, бумажные комбинаты и т. Д.
    Заключение

    В заключение, синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуются характеристики низкой или сверхнизкой скорости, а также при желаемых коэффициентах мощности (как отстающих, так и опережающих). В то время как асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, подъемники, шлифовальные машины и т. Д.

    Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?

    2-3-2. Принцип вращения асинхронного двигателя

    Инжир.2.35 Силовой двигатель для промышленного использования

    Как описано в главе 1, существует много типов двигателей с вращающимся магнитным полем.

    В этой главе обсуждаются силовые двигатели, используемые на заводах (рис. 2.35), и асинхронные двигатели , , широко используемые в домашних условиях для электрических вентиляторов и стиральных машин.

    Вводная книга по двигателям объясняет принцип вращения асинхронного двигателя с использованием диска Arago (см. Рис. 2.42).

    Ротор асинхронных двигателей общего назначения имеет конструкцию, показанную на рис.2.36 (а). Если вы разберете ротор, вы увидите, что это не диск и что он состоит из пластины из кремнистой стали и алюминиевой детали в форме клетки, как показано на рис. 2.36 (b). Такой ротор называется короткозамкнутым ротором .

    Использование диска Араго для объяснения принципа вращения двигателей, оснащенных короткозамкнутым ротором, неуместно. Это может быть лучше объяснено подходом, используемым для двигателей постоянного тока.

    Инжир.2.36 Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором

    Как показано на рис. 2.37, замкнутая катушка помещается в магнитное поле, а внешний магнит вращается. Затем, как видно из принципа выработки энергии двигателями постоянного тока, в катушке происходит выработка энергии, и через катушку протекает ток.

    По мере протекания тока катушка создает крутящий момент, который взаимодействует с исходным магнитным полем, а затем катушка начинает вращаться.

    Если увеличить количество витков, как показано на рис. 2.38, можно заменить катушки на обойму.

    А именно, обойма асинхронных двигателей соответствует обмотке двигателей постоянного тока.

    Рис. 2.37 Принцип вращения асинхронных двигателей Рис. 2.38 Замена с короткозамкнутым ротором

    Ниже приводится краткое описание принципа вращения асинхронных двигателей.

    • <1> Вращение магнитного поля
    • <2> Генерация индукционного тока
    • <3> Возникновение силы при взаимодействии тока и магнитного поля
    • <4> Вращение ротора

    На реальных двигателях механизм последовательно возбуждает несколько катушек вместо перемещения магнитов для получения того же эффекта.Чтобы изменить возбуждение, необходимы две или несколько синусоид, сдвинутых во времени.

    Обычно на заводах используются трехфазные 200 В переменного тока, сдвинутые на 120 градусов друг от друга (рис. 2.39).

    Рис. 2.39 При использовании трехфазного переменного тока с фазами, смещенными друг от друга на 120 градусов

    Поскольку источник питания для домашнего использования однофазный 100 В переменного тока, мы должны создать, так или иначе, синусоидальную волну, смещенную от этого источника питания при использовании асинхронного двигателя. Один из способов — увеличить фазу тока катушки на 90 градусов с помощью конденсатора.Двигатель, который работает таким образом, называется однофазным двигателем с конденсаторным управлением.

    Однофазный двигатель с конденсаторным питанием создает вращающееся магнитное поле с помощью набора из двух обмоток, одна из которых является главной обмоткой, которая подключена непосредственно к источнику питания, а другая — вспомогательной обмоткой, которая подключена к источнику питания через конденсатор. .

    Конструкция конденсаторного двигателя показана на рис. 1.2 главы 1.

    Каков принцип работы трехфазного асинхронного двигателя?

    Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок.Двигатели переменного тока работают от источника переменного тока и делятся на синхронные, однофазные, трехфазные асинхронные двигатели и двигатели специального назначения. Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что для них не требуется пусковое устройство.

    Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название от того факта, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

    Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля (r.м.ф.).

    Создание вращающегося магнитного поля

    Статор асинхронного двигателя состоит из нескольких перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120 °. Когда первичная обмотка или статор подключены к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

    Направление вращения двигателя зависит от последовательности фаз линий питания и порядка, в котором эти линии подключены к статору.Таким образом, изменение мест подключения любых двух первичных клемм к источнику питания изменит направление вращения на противоположное.

    Число полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения статора двигателя. Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость, термин, обозначающий скорость вращения поля, создаваемого первичными токами, определяется следующим выражением.

    Синхронная скорость вращения = (120 x частота питания) / Число полюсов статора

    Производство магнитного потока

    Вращающееся магнитное поле в статоре — это первая часть работы.Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны пропускать ток. В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает проводящие стержни ротора и индуцирует электродвижущую силу (ЭДС).

    Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замкнуты через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочены. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к скручивающему движению или крутящему моменту в роторе.

    Как следствие, скорость ротора не достигает синхронной скорости среднеквадратичного значения в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцированный в роторе, ток не будет течь, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением.

    Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

    Что дает мотор то:
    • Самозапуск
    • Взрывозащищенный (из-за отсутствия контактных колец или коммутаторов и щеток, которые могут вызвать искрение)
    • Прочная конструкция
    • Недорого
    • Легче в обслуживании

    Асинхронный двигатель

    (Эта статья состоит из двух основных частей: принцип работы и характеристики асинхронного двигателя)
    Асинхронные двигатели или асинхронные двигатели часто называют рабочими лошадками отрасли.Это результат многих преимуществ асинхронного двигателя по сравнению с другими технологиями. Двигатель не требует особого обслуживания. Единственные детали, которые могут изнашиваться, — это подшипники. Если асинхронный двигатель не используется чрезмерно (из-за высокого напряжения, тока или механического воздействия), подшипники определяют жизненный цикл асинхронного двигателя. В отличие от двигателя постоянного тока нет необходимости в угольных щетках для коммутации тока. Асинхронный двигатель может быть изготовлен легко и при этом его цена довольно низкая по сравнению с другими технологиями.Асинхронный двигатель не использует процесс сгорания для передачи энергии, поэтому нет необходимости (дозаправлять) топливо или воздух. Охлаждение может быть интегрировано, так что асинхронный двигатель может работать в герметичной среде, например, под водой. Асинхронный двигатель имеет высокое отношение мощности к массе. Еще одно преимущество — высокий пусковой крутящий момент, поэтому возможен запуск под нагрузкой. С момента развития частотно-регулируемых приводов и систем векторного управления этот асинхронный двигатель также легко регулируется по скорости и крутящему моменту.Это дало много возможностей для автоматизации процессов. В следующей статье объясняются принцип, характеристики и контроль индукции.

    Принцип работы асинхронного двигателя



    Принцип асинхронного двигателя заключается в создании вращающегося магнитного поля в статоре и индукции тока в роторе, так что оба элемента вместе дают мощность на ротор, что приводит к круговому движению с определенной скоростью и крутящим моментом.

    Статор
    Теоретически статор представляет собой трехфазную обмотку, разделенную на цилиндрическую поверхность, так что при приложении трехфазного напряжения индуцируется вращающееся магнитное поле.Обмотки размещены в металлической цилиндрической конструкции для направления силовых линий магнитного поля и предотвращения движения обмоток. Эта конструкция состоит из ламинированных перфорированных пластин. Это предотвращает циркуляцию сильных вихревых токов в статоре. Идеальная ситуация — это синусоидальное магнитное поле, но для объяснения принципов работы статора достаточно одной обмотки на фазу. Это показано на следующем рисунке.

    Рисунок 1: Теоретическая конструкция статора с одной обмоткой на фазу


    Рисунок 2: Трехфазный ток i s1 , i s2 и i s3 , которые будут подключены к катушкам U, V и W

    Здесь три обмотки смещены более чем на 120 °, так что это симметрично.Обмотки часто называют по фазам; U 1 — U 2 , V 1 — V 2 и W 1 — W 2 . На этом рисунке есть два полюса на фазу. Три обмотки могут быть соединены звездой или треугольником. Это часто делается через мостовые соединения вне асинхронного двигателя, потому что в зависимости от конфигурации меняются такие характеристики, как ток, напряжение и направление вращения.

    Рисунок 3: Конфигурация звезды и треугольника с мостовыми соединениями


    Рисунок 4: Асинхронный двигатель со звездой

    На три обмотки подается трехфазное симметричное синусоидальное напряжение.Обмотки имеют определенную проводимость, поэтому через обмотки протекает трехфазный симметричный синусоидальный ток. Токи создают вокруг себя различные магнитные поля. На рисунке 5 показана эволюция этих магнитных полей за один период.

    Рисунок 5: Магнитная ситуация в момент времени с 1 по 7 (Рисунок 2)

    Ток положительный, когда он течет со стороны 1 на сторону 2 (U 1 — U 2 , V 1 — V 2 и W 1 — W 2 ).Различные магнитные поля на фазу приводят к общему магнитному полю, показанному на рисунке mkl. Это магнитное поле вращается, в этом примере по часовой стрелке. Каждый период синуса напряжения магнитное поле совершает вращение на 360 ° через весь статор. Если разместить больше обмоток на фазу, так что создается 2 * p полюса на фазу, магнитные поля совершают вращение на 360 ° / p за период напряжения. Если частота системы напряжения f s , частота магнитного поля f s / p или количество оборотов в минуту

    n s = (60f s ) / p
    Как упоминалось ранее, предыдущая ситуация с одной обмоткой на фазу на полюс является упрощенной моделью.Фактическое распределение содержит больше обмоток на прорезь в статоре. По фазе это распределение выполняется как синусоида. Если линия с севера на юг в соответствии с индуцированным магнитным полем от фазы называется опорной линией статора, то оптимальное распределение проводов N s для одной фазной катушки дается выражением:
    n с = (N с /2) sin α
    Из этого выражения в соответствии с выводом магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором получается:
    B δs1 (α) = (u 0 N s i s1 cos α) / 2δ
    Также из нее можно записать следующую формулу для действующего значения магнитного поля в воздушной заслонке:
    B δ = (3 N se u 0 I u ) / 4δ
    Чтобы найти поток статора, индуктивность намагничивания и наведенную ЭДС, воспользуйтесь предыдущими формулами и выражением для потока в одной обмотке.Итак, допустим один виток катушки U 1 — U 2 . Этот поворот составляет определенный угол α с опорной линией статора. Пусть статор имеет следующие характеристики: радиус r и осевую длину l. Тогда поток за один виток определяется следующей формулой:
    ф виток = 2 B δ I r sin α
    Из этого выражения можно найти максимум всего наведенного потока от катушки U 1 — U 2 , интегрировав его по всему распределению обмоток этой фазы:

    Индуцированный поток ф с1 пропорционален току намагничивания I и .Это включает в себя то, что поток и ток находятся в фазе. Исходя из этого, индуктивность намагничивания может быть определена как:

    Наведенная ЭДС в одной катушке такова:


    Ротор
    Ротор состоит из разных частей. В основном есть два типа роторов. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют ротор, содержащий обычные трехфазные обмотки из изолированного провода. Другой тип, который будет использоваться далее в этой статье, — это асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.Он имеет ротор с короткозамкнутым ротором. Кожух ротора обоих типов состоит из перфорированных пластин. Они содержат прорези для трехфазных обмоток или короткозамкнутого ротора. Беличья клетка изготовлена ​​из металлических (обычно медных или алюминиевых) стержней с соединением на обоих концах металлическим кольцом короткого замыкания. Вариации обычны, но принцип остается тем же. Процесс передачи крутящего момента в роторе основан на законе Фарадея и силе Лоренца. Объяснить процесс, происходящий в роторе. Представьте себе токопроводящую лестницу, состоящую из длинных металлических сторон и проводящих ступенек, как на рисунке 6.

    Рисунок 6: Лестничный эквивалент ротора

    Ступени имеют длину l. Перпендикулярно плоскости, образованной ступенями и проводящей стороной, расположен постоянный магнит. Затем магнит перемещается параллельно сторонам по ступеням лестницы, не касаясь их. Магнит имеет определенное магнитное поле B и скорость v согласно лестнице. Если этот воображаемый эксперимент проводится достаточно быстро, можно заметить несколько событий. Основываясь на законе Фарадея, будет индуцироваться ЭДС, что приведет к возникновению напряжения в проводнике прямо под магнитом.

    E = B.l.v
    Это потому, что проводник отсекает поток. Этот проводник вместе со сторонами лестницы и соседними проводящими ступенями образует замкнутый контур. Из-за напряжения на центральной ступеньке по этому контуру будет течь ток. Направление напряжения и тока таково, что противодействует изменению поля магнетита. В этом примере, если магнит движется вправо, а его отрицательный полюс находится над лестницей, ток будет течь в центральном проводнике вперед, а в ближайших ступенях — назад.
    I = E / Z
    Где Z — импеданс, видимый потенциалом над центральным проводником. Поскольку существует магнитное поле B, пересекающее ступеньку, и электрический ток, протекающий через ступеньку, сила Лоренца будет действовать на лестницу.
    F = BlI

    Рисунок 7: Ротор с короткозамкнутым ротором

    Эта сила действует в том же направлении, что и движение магнита, потому что это индуцированная сила, которая противодействует ее источнику !. Если лестница может двигаться свободно, она начнет ускоряться, чтобы уменьшить разницу в скорости между лестницей и магнитом.Когда разница скоростей уменьшается, ЭДС уменьшится, что приведет к снижению тока, силы и ускорения. Если лестница и магнит работают с одинаковой скоростью, сила будет равна нулю. Чтобы сделать шаг к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, ротор с короткозамкнутым ротором эквивалентен лестнице, которая изогнута к цилиндру, а движущийся магнит воспроизводится вращающимся магнитным полем из-за трех фазных обмоток. Такой цилиндр показан на рисунке 7. На этом примере объясняется принцип работы асинхронного двигателя.Исходя из формулы ЭДС в одной катушке, можно провести аналогию.

    E s1 = jw s ф s1 = jw s L 0 I u
    Если пренебречь индуктивным и резистивным падением напряжения на катушке, ЭДС равна установленному напряжению U c1 . Вращающееся поле индуцирует ЭДС E r1-rest в обмотке ротора. Когда асинхронный двигатель не вращается, статор и ротор действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора.Обе частоты равны:
    f r = f s
    Обмотки связаны магнитным потоком, который действует как вращательное поле. Как и в случае с реальным трансформатором, для асинхронного двигателя можно определить коэффициент трансформации в этом случае, когда он не вращается.
    k = E s1 / E r1-отдых
    Основное различие между асинхронным двигателем в этой ситуации и реальным трансформатором — это нулевой ток нагрузки.Поскольку сопротивление асинхронного двигателя намного выше из-за воздушной заслонки, ток намагничивания и, следовательно, ток нулевой нагрузки значительно выше. В асинхронном двигателе этот ток составляет 20-50% от тока полной нагрузки, тогда как в реальном трансформаторе он составляет лишь несколько процентов от тока полной нагрузки. Сила Лоренца на роторе дает на валу определенный крутящий момент.

    Этот крутящий момент максимален, когда ток ротора находится в фазе с магнитным потоком статора. Ток ротора имеет большое отставание от ЭДС ротора из-за его высокой собственной индуктивности.

    tan φ = (wL r ) / R r
    Это ситуация, когда ротор стоит, например, когда стоит асинхронный двигатель. Создаваемый крутящий момент на роторе вызовет ускорение. По мере того как скорость ротора увеличивается по направлению к скорости вращения магнитного поля, также называемой синхронной скоростью, ЭДС E r1 уменьшается точно так же, как частота напряжения ротора f r . Если асинхронный двигатель достигнет синхронной скорости, на ротор больше не будет действовать сила, поэтому это невозможно.Вот почему асинхронный двигатель также называют асинхронным двигателем. Когда нагрузка увеличивается, скорость уменьшается, а крутящий момент увеличивается. В нагруженной ситуации, например, когда приложена номинальная нагрузка, скорость асинхронного двигателя обозначается буквой n.

    Характеристики асинхронного двигателя

    Клинья
    Из предыдущей главы ясно, что ротор никогда не может достичь той же скорости вращения, что и вращательное магнитное поле статора.Резюмируя: синхронная скорость потока статора n s зависит от частоты f s приложенного напряжения и количества пар полюсов p:

    n s = (60f s ) / p
    Поскольку ротор никогда не достигает этой скорости, определяется коэффициент, указывающий относительную разницу между обеими скоростями. Этот коэффициент, скольжение g, определяется следующим образом:
    г = (п с — п) / п с
    Проскальзывание часто указывается в процентах.В системе координат скольжение будет иметь направление, противоположное скорости вращения ротора. Проскальзывание будет равно нулю, когда скорость ротора равна синхронной скорости, будет равняться единице, если асинхронный двигатель остановится, будет отрицательным во время генерации и будет больше единицы, когда вращающееся магнитное поле приложено в направлении, противоположном направлению вращения. ротора. Это электрическое торможение.

    Характеристики ротора

    Частота ротора
    Частота ЭДС в роторе зависит от разницы между скоростью вращения ротора и скоростью магнитного поля в статоре:

    f r = p (n s — n) / 60 = pn s g / 60 = f s g
    ЭДС ротора
    Когда ротор остановился, разница! по скорости ротора и магнитному полю статора равна синхронной скорости.В этой ситуации EMF E r1-rest определяется по:
    E = Blv с
    Когда ротор вращается с определенной скоростью n, ЭДС, зависящая от разницы скоростей, будет ниже:
    E = Bl (v s — v r ) = gBlv s
    Таким образом, при заданном скольжении g ЭДС в роторе определяется по формуле:
    E r = gE r1-rest
    Скорость магнитного поля ротора
    В роторе течет ток из-за наведенного напряжения.Этот ток дает, следуя закону Гопкинсона, магнитодвижущую силу. Эта сила создает магнитное поле, которое из-за вращающегося характера текущей системы также будет вращаться. Ранее было показано, что частота напряжения системы ротора f r пропорциональна частоте частоты статора f s с коэффициентом скольжения g:
    f r = gf s
    Таким образом, скорость вращения магнитного поля ротора w r определяется следующими формулами:
    w r = gw s = 2πf r
    Сам ротор вращается со скоростью
    w = (2πn / 60) рад / с
    Таким образом, w равно
    ш = (1 — г) ш с
    Таким образом, когда скорость вращения ротора и его поле объединяются, в результате получается магнитное поле ротора, которое вращается с той же синхронной скоростью в соответствии с опорной линией статора.
    ш с = ш + ш р
    Мощность и крутящий момент

    Активный поток мощности
    Чтобы лучше понять электрические процессы в асинхронном двигателе, полезно рассмотреть эквивалентную схему асинхронного двигателя, как показано на рисунке 8. Таким образом, гальванически разделенные процессы статора и ротора объединены в одну электрическую эквивалентную схему одной фазы. Индекс s указывает количество статора, индекс r количество ротора. Акценты используются там, где количество ротора относится к статору.

    Рисунок 8: Эквивалентная схема асинхронного двигателя

    Помимо всех электрических параметров асинхронного двигателя, основная цель состоит в том, чтобы передать определенный крутящий момент на вал при определенной угловой скорости. Принимая во внимание электрические характеристики, можно рассмотреть блок-схему, показанную на рисунке 9. Напряжение U, приложенное к обмоткам, известно. В простых, неконтролируемых приложениях это напряжение сети. В процессах с частотным регулированием это напряжение, подаваемое частотно-регулируемым приводом.Асинхронный двигатель требует определенного тока I. Асинхронный двигатель имеет индуктивный характер из-за использования различных катушек. Это означает, что ток и напряжение через обмотки не совпадают по фазе. Хотя важно знать, каково приложенное напряжение, чтобы знать влияние на изоляцию обмоток, напряжение для дальнейших отводов мощности не так важно.

    Рисунок 9: Поток мощности в асинхронном двигателе

    Рисунок 9 начинается с активной мощности, подаваемой на статор

    P e = √3U l I l cos φ = 3U p I p cos φ
    Где φ — угол между вектором напряжения и тока в векторном представлении.Индексы I и p указывают, является ли использованное количество линейным или фазовым количеством. Далее используются количества фаз, поскольку они согласуются с количествами статора. Первая часть активной мощности, поступающей в асинхронный двигатель, теряется в тепле в обмотках статора. Эта часть, называемая потерями в меди статора P js , зависит от сопротивления статора и тока:
    P js = 3I p 2 R s
    Другая часть рассеивается в виде тепла в сердечнике статора.Эти потери представляют собой потери в стали из-за вихревых токов в сердечнике:
    P f = 3V p 2 / R м ≈ 3V s 2 / R m
    Оставшаяся часть мощности — это мощность зазора P r , которая передается от статора к ротору через воздушный зазор:
    P r = 3 (I r ‘) 2 R s ‘ / g
    От мощности зазора часть рассеивается в виде тепла в обмотках ротора, что называется потерями в меди в роторе:
    P младший = 3 (I r ‘) 2 R s ‘ = gR r
    Теперь остается механическая мощность двигателя:
    P м = (1 — г) P r
    Часть механической мощности теряется из-за трения вращающихся и движущихся частей с воздухом и особенно с неподвижными частями двигателя.Эта часть, обозначенная как P v , соответствует мощности без нагрузки:
    P v = P без нагрузки
    Исходя из всех этих мощностей, общий КПД асинхронного двигателя можно выразить как:
    η = P выход / P дюйм = (P m — P v ) / (P m + P f + P js + P fr ) = P нагрузка / П e
    В таблице 1 приведены абсолютные и относительные значения нескольких асинхронных двигателей.Малые двигатели имеют мощность менее 11 кВт, большие двигатели — более 1100 кВт.
    Нагрузка
    		Текущий родственник
    		Крутящий момент относительный
    		Скольжение относительное
    		Абсолютный КПД
    		Абсолютный коэффициент мощности
    Размер двигателя
    		Маленький
    		Большой
    		Маленький
    		Большой
    		Маленький
    		Большой
    		Маленький
    		Большой
    		Маленький
    		Большой
    Полная нагрузка
    		1
    		1
    		1
    		1
    		0.03
    		0,004
    		0,7-0,9
    		0,96-0,98
    		0,8-0,85
    		0,87-0,9
    Без нагрузки
    		0,5
    		0,3
    		0
    		0
    		~ 0
    		~ 0
    		0
    		0
    		0.2
    		0,05
    Заторможенный ротор
    		5-9
    		4-6
    		1,5-3
    		0,5-1
    		1
    		1
    		0
    		0
    		0,4
    		0.1

    Кривая зависимости крутящего момента от скорости
    Когда крутящий момент вычисляется исходя из мощности зазора P r и синхронной угловой скорости w s , можно предпринять следующие шаги, чтобы найти общее выражение для крутящего момента в зависимости от скорости:

    Где
    X r ‘ = w s σ r ‘ L 0
    — индуктивность рассеяния ротора относительно статора.С этого момента все упомянутые термины … r ‘ заменены терминами … R для сохранения ясности. С
    U s1 ≈ E s1 = φ s1 w s
    Крутящий момент становится:
    T = (3pR R / w r ) φ s1 2 / ((R R / w r ) 2 + (σ R L 0 ) 2 )
    Максимальный крутящий момент достигается при
    dT / dw r = 0 (это происходит, когда w r = R R / σ R L 0 )
    Когда это заполнено в формуле крутящего момента, это дает выражение максимального крутящего момента или крутящего момента пробоя:
    T = 3pφ s1 2 / 2σ R L 0
    График зависимости крутящего момента от скорости хорошо представлен на рисунке 10.

    Рисунок 10: График зависимости крутящего момента от скорости асинхронного двигателя

    Рисунок 10 также дает выражение для скорости при максимальном крутящем моменте. Как было доказано до пробоя крутящий момент достигается при частоте вращения ротора

    w r = R R / σ R L 0
    Скорость ротора дает разницу между синхронной скоростью и фактической скоростью. Таким образом, пробойный момент достигается при частоте вращения
    w = w s — (1 / p) R R / σ R L 0
    или указано в оборотах в минуту об / мин:
    n b = n s — (30 / πp) R R / σ R L 0
    Скорость зависит от сопротивления ротора.Сама величина пробивного момента не зависит от сопротивления ротора. Когда скорость ротора в соответствии с опорной линией статора выше, чем синхронная скорость, значение скорости ротора w r становится отрицательным. Поток энергии будет идти от ротора к статору. Это происходит, когда ротор работает или асинхронная машина работает как генератор вместо двигателя. Следует учитывать, что крутящий момент, заданный предыдущими выражениями, является крутящим моментом на затворе, поэтому потери ротора, потери на трение и вентиляционные потери еще не принимаются во внимание.Теоретически асинхронный двигатель может передавать максимальный крутящий момент на нагрузку. Обычно номинальный крутящий момент в 1,75–3 раза меньше. Это дает несколько эффектов. Номинальный ток будет ниже, рабочая точка, вероятно, будет намного более стабильной, номинальная скорость почти соответствует синхронной скорости, а асинхронный двигатель поддерживает большой момент ускорения. На рисунке 11 визуализирована концепция ускоряющего момента.

    Рисунок 11: Графический пример ускоряющего момента

    Из состояния покоя нагрузка с противодействующим моментом T c1 будет ускоряться до точки P, где в каждый момент времени

    T — T c1 = T α = J м dw / dt
    Фактическая причина этого последнего выражения будет более подробно объяснена в главе о механике.Если противодействующий крутящий момент 01f, нагрузка следует курсу T c2 , асинхронный двигатель не может самостоятельно разогнать нагрузку. Чтобы получить более высокий пусковой и ускоряющий момент без использования завышенного асинхронного двигателя, решение состоит в том, чтобы иметь более высокое сопротивление ротора.

    Это может быть сделано вне асинхронного двигателя в случае асинхронного двигателя с фазным ротором или внутри двигателя с использованием двухклеточного асинхронного двигателя или стержней ротора с более высоким сопротивлением. Ротор с обмоткой и принцип стержня ротора с более высоким сопротивлением напрямую влияют на сопротивление ротора.Влияние на кривую зависимости крутящего момента от скорости показано на рисунке 12.

    Рис. 12: Крутящий момент в зависимости от скорости для различных значений сопротивления ротора

    На пробойный момент не влияет, как было сказано ранее, только когда сопротивление действительно велико. В роторе с обмоткой с зажимами внешнего сопротивления сопротивление можно регулировать, когда асинхронный двигатель работает на более высокой скорости, чтобы уменьшить скольжение. В двухклеточном двигателе концентрически установлены две беличьи клетки. Это показано на рисунке 13.Внутренняя клетка содержит толстые стержни и почти полностью окружена железным сердечником.

    Имеет высокую индуктивность и низкое сопротивление. Наружная клетка состоит из более тонких стержней, которые размещаются рядом с воздушным зазором между ротором и статором. Сопротивление выше, чем во внутренней клетке. Поток вокруг внешних стержней частично закрывается в воздушной заслонке. Благодаря этому он имеет более низкую индуктивность. При запуске асинхронного двигателя частота вращения ротора w r максимальна.

    Рисунок 5.13: Принцип двухклеточного ротора

    Реактивное сопротивление ротора очень важно. Ток ротора будет высоким во внешней клетке и низким во внутренней клетке. Это клетка с более высоким сопротивлением, что означает более высокий момент ускорения. Когда асинхронный двигатель набирает скорость, скорость ротора уменьшается и достигает небольшого значения (f r ~ 1–4 Гц). Реактивное сопротивление больше не так важно, и ток будет в основном течь во внутренней клетке, потому что ее сопротивление намного ниже, чем во внешней клетке.Сопротивление ротора полностью регулируется электрически. В основном есть три возможных ситуации, как показано на рисунке 14. Первая кривая дает асинхронный двигатель с низким сопротивлением ротора, более низким пусковым моментом, но более высокой эффективностью. Вторая кривая иллюстрирует наиболее распространенный асинхронный двигатель с повышенным пусковым моментом. Третья кривая называется седловой кривой и используется, когда требуется действительно высокий пусковой крутящий момент, здесь пусковой крутящий момент может быть даже выше, чем! момент пробоя.

    Рисунок 5.14: Уровни крутящего момента ротора с двойной обоймой

    Пусковой ток
    Когда асинхронный двигатель запускается путем прямого подключения к сети, от сети будет запрашиваться высокий пусковой ток. Кроме того, на нормальный периодический синусоидальный ток будет накладываться сильный выброс тока. Сетевое напряжение передается на статор, когда ротор неподвижен. Это эквивалентно принципу трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Когда асинхронный двигатель ускоряется, разница между ротором и статором уменьшается, а наведенная ЭДС в роторе (вторичная обмотка эквивалентного трансформатора) уменьшается.Подобно принципу трансформатора, вторичный ток и, следовательно, первичный ток уменьшаются. Отношение между скачком пускового тока и номинальным током находится где-то между 3 и 7. Это сделано для ограничения воздействия на сеть и упрощения защиты асинхронного двигателя с помощью предохранителей.

    Что такое «скольжение» в асинхронном двигателе переменного тока?

    AutoQuiz редактирует Джоэл Дон, менеджер сообщества ISA по социальным сетям.

    Этот вопрос викторины по автоматизации исходит из программы сертификации ISA Certified Automation Professional (CAP).Сертификация ISA CAP обеспечивает непредвзятую, стороннюю, объективную оценку и подтверждение навыков профессионала в области автоматизации. Экзамен CAP ориентирован на направление, определение, проектирование, разработку / применение, развертывание, документацию и поддержку систем, программного обеспечения и оборудования, используемых в системах управления, производственных информационных системах, системной интеграции и операционном консалтинге. Щелкните эту ссылку для получения дополнительной информации о программе CAP.

    «Скольжение» в асинхронном двигателе переменного тока определяется как:

    a) синхронная скорость минус скорость холостого хода
    b) разница между скоростью поля статора и скоростью ротора
    c) номинальная скорость плюс синхронная скорость
    d) скорость, при которой двигатель развивает крутящий момент
    e) ничего из вышеперечисленного

    Скольжение обычно выражается в процентах и ​​варьируется в зависимости от двигателя от номинального нуля.От 5 процентов для очень больших двигателей до примерно 5 процентов для небольших специализированных двигателей. Если n s — электрическая скорость статора, а n r — механическая скорость ротора, скольжение S определяется как:

    S = (n s — n r ) / n s

    Вращение двигателя в асинхронном двигателе переменного тока развивается под действием движущегося магнитного поля. Когда скорость ротора падает ниже скорости статора или синхронной скорости, скорость вращения магнитного поля в роторе увеличивается, вызывая больший ток в обмотках ротора и создавая больший крутящий момент.

    Для создания крутящего момента требуется скольжение. Под нагрузкой скорость ротора падает, а скольжение увеличивается настолько, чтобы создать достаточный дополнительный крутящий момент для поворота нагрузки. Очень эффективный способ контролировать скольжение — использовать частотно-регулируемый привод

    .

    Правильный ответ — B , «разница между скоростью поля статора и скоростью ротора».

    Ссылка : Николас Сэндс, П.Е., КАП и Ян Верхаппен, П.Энг., КАП. , Справочник по автоматизации.Чтобы прочитать краткие вопросы и ответы с авторами, а также бесплатно загрузить 116-страничный отрывок из книги, щелкните по этой ссылке.

    О редакторе
    Джоэл Дон — менеджер сообщества ISA и независимый консультант по контент-маркетингу, социальным сетям и связям с общественностью. До своей работы в области маркетинга и PR Джоэл работал редактором региональных газет и национальных журналов по всей территории США. Он получил степень магистра в школе Медилл Северо-Западного университета со специализацией в области науки, техники и биомедицинских маркетинговых коммуникаций, а также степень бакалавра. ученой степени Калифорнийского университета в Сан-Диего.

    Связаться с Джоэлем

    Основные принципы асинхронных двигателей переменного тока

    В этой статье мы рассмотрим работу наиболее распространенного типа двигателей вентиляторов — асинхронных двигателей переменного тока.

    Асинхронные двигатели переменного тока

    В вентиляторах Fläkt Woods чаще всего используются асинхронные двигатели переменного тока. Они могут работать непосредственно от источника электроэнергии, они надежны, не требуют особого обслуживания и относительно невысоки.

    В трехфазном асинхронном двигателе переменного тока катушки изолированного провода находятся в пазах статора, расположенных в корпусе. Эти катушки сконфигурированы для обеспечения набора электромагнитных полюсов для каждой из трех электрических фаз (U, V и W) при включении.

    На рисунке 1 показан двигатель, в котором катушки расположены таким образом, чтобы обеспечить пару полюсов для каждой фазы (обозначены как U1 и U2, V1 и V2, W1 и W2). Поскольку у каждой фазы два полюса, это описывается как двухполюсная конфигурация; если бы для каждой фазы было две пары полюсов, это была бы 4-полюсная конфигурация и так далее.

    Когда катушки статора подключены к источнику переменного тока, электрический ток будет течь и создавать магнитное поле — катушки намотаны так, что полюса в каждой паре имеют противоположную полярность.

    Рисунок 1. Циклическое вращающееся магнитное поле в трехфазном асинхронном двигателе переменного тока

    Цикличность формы волны переменного тока приводит к тому, что магнитное поле вращается вокруг центральной оси статора с двумя северными и двумя южными полюсами одновременно.Скорость этого вращения определяется количеством пар полюсов и частотой электроснабжения (50 Гц или 60 Гц — см. «Основные двигатели, часть первая»).

    Если имеется одна пара полюсов, магнитное поле вращается один раз за электрический цикл; где есть две пары, магнитное поле вращается один раз за два цикла, а где есть три пары, оно вращается один раз за три цикла.

    Основное уравнение для определения синхронной скорости выглядит следующим образом:

    Синхронная скорость (об / мин) = 2 x Частота питания (Гц) x 60

    Количество полюсов для каждой фазы

    Итак, если бы двигатель на Рисунке 1 работал от источника питания 50 Гц, синхронная скорость была бы:

    2 x 50 x 60 = 3000 об / мин

    2

    Таким образом, можно видеть, что чем больше число полюсов, тем медленнее будет синхронная скорость — поэтому двигатель с 12 полюсами на фазу будет иметь синхронную скорость всего 500 об / мин.

    Ротор

    Помимо статора, наиболее важной частью асинхронного двигателя переменного тока является ротор. Он состоит из стержней ротора, обычно изготовленных из алюминия или меди, которые на концах соединены с кольцами из того же материала. Иногда это называют ротором «беличья клетка» (см. Рисунок 2).

    Поскольку ротор расположен во вращающемся магнитном поле статора, образующиеся линии магнитного потока будут разрезать стержни ротора и индуцировать напряжение в роторе.Это, в свою очередь, приведет к протеканию электрического тока по стержням ротора (обозначенным на рисунке 2 красными стрелками), который создаст собственное магнитное поле вокруг стержней ротора. Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем статора, создавая силу на стержнях ротора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси.

    Рисунок 2. Ротор типа «беличья клетка»

    Далее: Двигатели Основная часть вторая: асинхронные двигатели переменного тока, двигатели переменного тока с постоянными магнитами и номинальные характеристики двигателей

    Поскольку напряжение в стержнях ротора создается магнитным полем в статоре, прорезающим стержни ротора, если ротор вращается с синхронной скоростью, не будет относительного движения между стержнями ротора и магнитным полем статора, что приведет к на стержнях ротора не возникает напряжения.

    Если к ротору приложена нагрузка, он начнет замедляться, и, следовательно, он начнет взаимодействовать с магнитным полем статора, и будет создаваться крутящий момент, как показано на рисунке 2. Это будет тот крутящий момент, который приводит в движение приложенную нагрузку. к ротору.

    Синхронная скорость является функцией частоты источника питания и конфигурации обмотки статора (количества полюсов). Разница между синхронной скоростью и скоростью ротора известна как скольжение; это выражается в процентах от синхронной скорости и может быть рассчитано по формуле:

    Скольжение = синхронная скорость — скорость ротора

    Синхронная скорость

    Конструкция ротора

    На рисунке 3 показана конструкция типичного ротора.Стержни ротора обычно содержатся в пазах в стальном сердечнике для усиления магнитного поля ротора. Стержни ротора обычно перекошены так, что они не совпадают с обмотками статора, что снижает электромагнитный шум и обеспечивает более плавную передачу крутящего момента.

    Рисунок 3. Типовая конструкция ротора

    Сердечник изготовлен из стальных пластин, уложенных друг на друга, в то время как стержни ротора и концевые кольца обычно создаются путем заливки расплавленного алюминия в матрицу или форму, которая окружает ламинированный пакет ротора.Расплавленный алюминий протекает через прорези в пакете ротора, образуя стержни ротора. Между стержнями ротора и стальным сердечником нет изоляции, так как индуцированное напряжение низкое.

    Рисунок 4. Компоненты асинхронного двигателя переменного тока общего назначения

    Однофазные асинхронные двигатели переменного тока

    Статор, сконфигурированный для однофазного питания, не сможет инициировать вращение неподвижного ротора, потому что его магнитное поле просто переключается между полярностями.В результате требуется дополнительная обмотка для создания прогрессивно вращающегося магнитного поля. Эта вспомогательная обмотка подключена к однофазному источнику питания через конденсатор, так что ее форма напряжения может не совпадать по фазе с формой волны первичной обмотки.

    Рисунок 5. Непрерывно вращающееся магнитное поле в однофазном асинхронном двигателе переменного тока, создаваемое вспомогательной обмоткой, подключенной к конденсатору

    На рисунке 5 показано, как это создает непрерывно вращающееся магнитное поле, позволяющее индуцировать вращение.

    Далее: Двигатели, основная часть третья: двигатели переменного тока с постоянными магнитами и номинальные характеристики двигателей

    (PDF) Управление асинхронными двигателями с помощью ПЛК

    JITA 2 (2012) 2: 95-102 М. Займович, Х. Салкич, С. Станич:

    Поле, через которое проходит электричество. Тогда

    — это сила, действующая на проводник, которая стремится вывести проводник

    из магнитного поля.В режиме двигателя

    магнитное поле и проводник с электричеством

    генерируют движение (рисунок 2).

    Магнитное поле двигателя А создает статическую часть

    (статор), а электромагнитная сила, действующая на проводники

    , действует на подвижную часть машины

    (ротор). Трехфазные двигатели

    можно разделить на две основные группы: асинхронные и синхронные двигатели

    тор. Статоры обоих двигателей похожи, но конструкция

    и движение ротора по отношению к магнитному полю

    различаются.В синхронных двигателях частота вращения ротора

    уступает скорости вращения поля

    , в то время как в асинхронных двигателях частота вращения

    отличается.

    асинхронные двигатели

    Асинхронные двигатели являются наиболее часто используемыми двигателями

    и практически не нуждаются в обслуживании. С механической точки зрения, эти двигатели

    являются стандартными, так что совместимые распределители

    всегда рядом. Существует несколько типов асинхронных двигателей

    , но принцип работы на всех

    одинаковый.Две основные части асинхронного двигателя

    — это статор (статическая часть) и ротор (подвижная часть

    ). Статор — статическая часть двигателя. Он

    состоит из корпуса (1), подшипника (2), на котором установлен торрор

    (9), боковых панелей, вентилятора (4), который находится на конце корпуса

    и используется для охлаждения двигатель

    и защитный колпачок (5), используемые в качестве защиты от вентилятора

    . Клеммная коробка (6) размещается и монтируется на корпусе статора.В корпусе статора находится магнитопровод

    (7), изготовленный из тонких (0,3 — 0,5 мм) листов железа

    . Эти листы содержат пазы, в которых размещены три фазных катушки

    .

    Рисунок 3. Основные части асинхронного электродвигателя

    Фазовые катушки и сердечник статора создают магнитный поток.

    Число парных полюсов определяет скорость вращения

    магнитного поля. Когда двигатель

    подключен к номинальной частоте, это означает, что скорость

    магнитного поля называется синхронной скоростью двигателя

    (n0), а в таблице 1 —

    .

    Показано соединение между парами полюсов (p) и скоростью (n0)

    .

    Магнитное поле. Магнитное поле вращается в воздушном пространстве

    между статором и ротором. Магнитное поле

    индуцируется после подключения фазной катушки

    к источнику питания. Положение этого магнитного поля относительно статора фиксировано, но меняет направление.

    Скорость, в которой изменяется направление, определяется

    промышленной частотой двигателя. При рабочей частоте сети

    50 Гц поле меняет направление

    50 раз в секунду.Если двухфазная катушка

    подключена к соответствующему источнику питания, индукция двух магнитных полей

    произойдет немедленно. В двигателе

    с двумя полюсами между двумя полюсами существует движение на 120 градусов

    .

    No related posts.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *