Асинхронный двигатель конструкция: принцип работы, описание и функции

Содержание

Устройство асинхронный двигатель


5.2. Устройство асинхронного двигателя

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

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

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

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

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

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

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

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

Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.

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

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

4 — лопасти вентилятора

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

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

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

5.5, б.

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

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

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

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

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

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

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

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

,

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

Таблица 5.2

f = 50 Гц

Р

1

2

3

4

5

6

n0, об/мин

3000

1500

1000

750

600

500

р=1

f. ГЦ

50

100

200

400

500

1000

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

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

Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Асинхронный двигатель

Содержание:

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

Где применяются

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

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

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

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

Устройство асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

Сам двигатель работает следующим образом:

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

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

Что такое скольжение

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

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

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

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

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

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

Схема пуска асинхронного двигателя.

Расчёт тока электродвигателя.

Реверсивное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Ну а теперь давайте перейдём к теме сегодняшней статьи.

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

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

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

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

Обозначается это скольжение буквой: S

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

Где, n1 – это синхронная частота магнитного поля статора;

n2 – это частота вращения вала.

Устройство асинхронного электродвигателя.

Двигатель состоит из таких частей:

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

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

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

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

5. Вентилятор охлаждения. Изготавливается из пластмассы или металла.

6. Кожух вентилятора. Имеет прорези для подачи воздуха.

7. Борно или клеммная коробка. Для подключения кабелей.

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

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

Самые распространённые – это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.

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

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

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

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

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

Принцип действия.

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

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

По принципу роботы вот посмотрите видео ролик.

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

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

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

2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

3. Очень простая схема запуска.

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

5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

Недостатки:

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

2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

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

4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

5. Высокие показатели пусковых токов.

Достоинства двигателей с фазным ротором:

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

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

3. Небольшой пусковой ток.

4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

Недостатки:

1. Большие габариты.

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

3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

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

С уважением Александр!

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

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

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

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

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

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

Статор

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

Статор асинхронного двигателя

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

Сердечник статора

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

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

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

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

Ротор

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

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

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

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

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

Как сделан фазный ротор

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

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

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

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

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

Недостатки:

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

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

Как регулируется частота вращения

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

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

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

Однофазный асинхронный двигатель

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

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

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

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

Принцип действия асинхронного двигателя — Asutpp

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

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

Строение двигателя

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

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

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

Конструкция асинхронного двигателя

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

Второй очень важный закон – Фарадея:

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

Принцип действия

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

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

Принцип работы асинхронного двигателя

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

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

Как вращается ротор

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

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

Гребневые асинхронные двигатели

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

Подключение

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

Видео: Как работает асинхронный двигатель

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

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

QC = Uс I2 = U2 I2 / sin2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

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

Аналогия с муфтой

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

Электромагнитная муфта сцепления

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

Достоинства и недостатки

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

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

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

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

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

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

Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :

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

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

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

1. Статор.

2. Ротор.

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

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

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

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

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

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

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

Двигатели по типу изготовления подвижной части

Различают двигатели:

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

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

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

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

Каков же принцип работы

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

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

Что происходит в обмотке статора

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

Как работает ротор

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

Соединим статор и ротор. Что получится?

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

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

Эффект скольжения

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

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

Как подключить двигатель к источнику питания

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

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

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

Как сделать реверс

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

Однофазный асинхронных двигателей

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

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

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

Подключить двигатель к однофазной цепи

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

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

Параметры асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы и устройство асинхронного двигателя

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

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

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

Немного истории

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

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

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

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

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

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

Устройство трехфазного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы трехфазного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство плавного пуска

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

Пусковая характеристика асинхронного двигателя предназначена:

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

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

Хорошие и плохие свойства асинхронных моторов

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

Плюсы:

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

Минусы:

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

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

Асинхронный электродвигатель, его конструкции и типы

Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора. Буква «а» здесь играет как бы роль отрицания или нестрогого следования ротора за синхронно вращающимся магнитным полем статора.

Создателем этой простой по конструкции, но удобной и надежной в работе машины является русский инженер М.О. Доливо-Добровольский. Асинхронный электродвигатель, впервые разработанный в 1889 году, практически не подвергся серьезным изменениям до наших дней. В основу конструкции асинхронного электродвигателя положено создание системы трехфазного переменного тока принадлежащее этому же автору.

Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рисунке 1 показан сердечник статора в сборе. Станина 1 выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов 2, из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка 3. Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с1, с2, с3, концы – с4, с5, с6.

Конструкция асинхронного электродвигателя. Сердечник статора в сборе.

Рис. 1: 1 — станина; 2 — металлические листы; 3 — трехфазная обмотка

Начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 2, а), закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2, б) или треугольник (рис. 2, в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного электродвигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл = 660В по схеме звезда или в сеть с Uл =380В – по схеме треугольник. Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Конструкция асинхронного электродвигателя. Клеммник.

Рис. 2

Типы асинхронных электродвигателей

Сердечник ротора набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора.

Условное обозначение асинхронного электродвигателя

Рис. 3: а — с короткозамкнутым ротором; б — с фазным ротором

Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные электродвигатели бывают:

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигателем называется электрическая машина, функциональным назначением которой является преобразование энергии электрической в энергию механическую. Существует несколько типов электродвигателей постоянного или переменного тока.

Одним из наиболее распространенных типов электродвигателей, нашедших свое применение в производственных условиях различного назначения, является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Отличительными особенностями данного типа электродвигателей является отсутствие скользящих контактов, простота и надежность конструкции, легкость технического обслуживания.

Основной функциональный узел трехфазного асинхронного двигателя включает в себя две составные части: статор и короткозамкнутый ротор. Конструктивно статор и ротор представляют собой пакеты пластин, выполненных из специальной электротехнической стали.

Сердечник статора имеет трехфазную обмотку, уложенную и закрепленную в специальных пазах. Фазы обмотки статора соединены по типу «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения и особенностей питающей сети.

Сердечник ротора и его обмотка не изолированы друг от друга. Обмотка ротора и вентиляционные лопатки представляют собой слитную конструкцию, выполненную из сплава алюминия или полностью алюминиевую. Стержневые выводы обмотки ротора накоротко замкнуты надетыми на них кольцами и образуют конструкцию, называемую «беличьей клеткой».

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на использовании закона электромагнитной индукции. Сердечник статора с трехфазной обмоткой создает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают короткозамкнутые стержневые выводы обмотки ротора. Электродвижущая сила, наведенная в роторе, способствует протеканию переменного тока в его обмотке.

Переменный ток, протекающий в обмотке ротора, создаёт вокруг него магнитное поле, силовые линии которого пересекаются с магнитным полем сердечника статора. Взаимодействующие магнитные поля приводят в движение ротор, который начинает вращаться в направлении магнитного поля статора.

Двигатель назван асинхронным из-за частоты вращения ротора, которая имеет несколько меньшую величину, чем синхронная частота вращения магнитного поля статора и считается асинхронной.

Конструкция асинхронных трехфазных двигателей достаточно проста и надежна в эксплуатации, что позволяет оборудовать ими технические устройства различного назначения. Асинхронные трехфазные двигатели приводят в движение многие виды производственного оборудования и вспомогательных механизмов.

Трехфазными асинхронными двигателями оснащены станки металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности, насосное и конвейерное оборудование, строительная техника, многие виды вспомогательных технических устройств.

Трехфазные асинхронные двигатели надежны и не теряют работоспособности в условиях значительных кратковременных перегрузок.

Асинхронные двигатели, наиболее пригодны, для изготовления в герметическом исполнении. Такие двигатели могут эксплуатироваться даже в очень тяжелых специфических условиях.

Простая и надежная конструкция трехфазных асинхронных электродвигателей обуславливает их повсеместное использование в различных сферах производства. Данный тип двигателей нашел широкое применение в технологическом оборудовании для строительной, судостроительной, автомобилестроительной и многих других отраслей.

Устройство асинхронного электродвигателя


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!

5.2. Устройство асинхронного двигателя

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

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

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

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

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

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

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

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

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

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

4 — лопасти вентилятора

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

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

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

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

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

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

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

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

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

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

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

,

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

Таблица 5.2

f = 50 Гц

Р

1

2

3

4

5

6

n0, об/мин

3000

1500

1000

750

600

500

р=1

f. ГЦ

50

100

200

400

500

1000

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

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

Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

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

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

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

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

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

Статор

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

Статор асинхронного двигателя

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

Сердечник статора

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

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

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

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

Ротор

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

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

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

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

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

Как сделан фазный ротор

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

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

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

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

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

Недостатки:

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

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

Как регулируется частота вращения

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

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

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

Однофазный асинхронный двигатель

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

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

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

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

Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :

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

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

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

1. Статор.

2. Ротор.

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

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

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

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

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

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

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

Двигатели по типу изготовления подвижной части

Различают двигатели:

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

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

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

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

Каков же принцип работы

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

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

Что происходит в обмотке статора

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

Как работает ротор

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

Соединим статор и ротор. Что получится?

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

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

Эффект скольжения

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

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

Как подключить двигатель к источнику питания

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

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

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

Как сделать реверс

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

Однофазный асинхронных двигателей

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

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

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

Подключить двигатель к однофазной цепи

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

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

Параметры асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Асинхронный двигатель: принцип работы, особенности конструкции

Асинхронный двигатель представляет собой мотор переменного тока, скорость вращения которого не равна частоте напряжения в обмотках статора. Эти электродвигатели получили широкое распространение, потому что являются достаточно выносливыми. Асинхронный однофазный, трехфазный моторы могут работать при значительной нагрузке продолжительное время, не перегреваясь, держать свой крутящий момент. Работа асинхронного двигателя проста, но при этом его характеристики напрямую зависят от параметров обмоток и технологии их укладки.

Оглавление:

  • Область применения
  • Разновидности моторов
  • Устройство асинхронного двигателя
  • Особенности устройства каждого из элементов
  • Ротор
  • Принцип работы
  • Маркировка электродвигателя
  • Скольжение
  • Двигателя с фазным ротором
  • Недостатки асинхронных электродвигателей

Область применения

Асинхронный двигатель получил широкое распространение в качестве тягового, второстепенного и прочих видов силовых компонентов. Учитывая особенности его конструкции, отсутствие скользящих контактов, эксплуатация такого мотора намного проще. Также, схема подключения не требует сложных устройств управления, если говорить о простом режиме работы с постоянной частотой. Плюс ко всему и срок службы до сервисного обслуживания намного дольше, так как внутреннее пространство и обмотки не загрязняются графитом.

Применяется асинхронный электродвигатель во многих сферах:

  • Системы вентиляции – благодаря выносливости и неприхотливости при эксплуатации моторы с короткозамкнутыми роторами достаточно часто используются в качестве вентиляторов. Они хорошо переживают продолжительную работу на максимальных оборотах, обеспечивая пользователей или технологическое оборудование интенсивным воздушным потоком.
  • Конвейеры – благодаря высокому моменту, способности его поддерживать при нагрузках моторы асинхронного типа стали идеальным вариантом для реализации управления подвижными производственными линиями.
  • Следящие системы и приводные устройства – особо часто применяют асинхронные двигатели в приводных системах на технологическом оборудовании. Но для организации управления таким типом двигателя потребуется особая схема подключения и частотный блок управления, а ротор асинхронного двигателя оснащается неодимовыми магнитами. Такие моторы рассчитаны на работы с частотой до 400 Гц.
  • Бытовая сфера. Из такого мотора можно сделать различные рабочие агрегаты бытового назначения или для небольшой мастерской: вентилятор, управляемые заслонки, циркулярная пила, фуганок, прочее оборудование.

Разновидности моторов

От типа питающей сети асинхронные электродвигатели подразделяются на:

  1. Трехфазные. Обмотки асинхронных двигателей такого типа состоят из 3 катушек, специальным образом уложенных в пазах статора. Они предназначены для работы в промышленности, так как имеют высокий КПД и cosφ приближенный к 1, а для обеспечения дополнительной экономии работают с системой рекуперации энергии при торможении, выступая генератором.
  2. Однофазный асинхронный двигатель. Применяется в быту и промышленности: старые стиральные машины, бытовые вентиляторы, холодильное и прочие виды оборудования. Имеют меньший КПД, мощность, по сравнению с трехфазными, что объясняется потерями в статоре из-за отсутствия дополнительной фазы.

Устройство асинхронного двигателя

Устройство асинхронного двигателя является достаточно простым:

  • Статор – является неподвижной частью электрического двигателя, который снабжен обмотками возбуждения.
  • Ротор – вращающийся элемент мотора, который крутится под действием магнитного поля, создаваемым обмотками возбуждения, расположенными на статоре. Различают 2 типа двигателя от конструкции ротора: короткозамкнутые и фазные.
  • Фланцы – статическая часть электрического двигателя, в которой находятся опорные подшипники, удерживающие ротор и являющиеся своего рода крепежом для статора. Он зажимается между двумя фланцами-крышками стяжными болтами. Либо они прикручены к корпусу статора.
  • Клеммная коробка – часть статической конструкции двигателя, в которую выводятся концы обмоток со статора. Посредством его осуществляется подключение двигателя к схеме управления.
  • Крыльчатка и защитный кожух – используется для обеспечения принудительной вентиляции, а кожух предохранит обслуживающий персонал от травматизма.
  • Дополнительные сервисные обмотки – при необходимости совместно с обмоткой возбуждения на статоре может быть дополнительная, предназначенная для контроля и измерения рабочих параметров мотора во время его работы.
  • Термодатчики – промышленные асинхронные двигателя, кроме обмоток, также имеются датчики температуры, контролирующие перегрев на случай резкого возрастания тока потребления.

Также двигателя могут быть оборудованными планарными редукторами и изготовленными в едином корпусе. Это преимущественно промышленные типы агрегатов, применяемые на станках, конвейерах и прочих видах оборудования.

Особенности устройства каждого из элементов

Статор асинхронного электродвигателя представляет собой цилиндр, изготовленный из листов специальной электротехнической стали толщиной до 0.5 мм, покрытых лаком. Этот цилиндр является сердечником, с внутренней стороны имеются пазы, куда укладываются обмотки. В трехфазных, соответственно, сдвинутые на 120 градусов, в однофазных – на 90. Обмотки могут быть уложены несколькими способами в зависимости от схемы их подключения и эксплуатационных требований. Именно от этого зависит такой показатель, как момент и мощность на валу. А при наличии количества полюсов более, чем 2 пары, то он может использоваться в следящих системах управления приводными механизмами.

Статор запрессован в корпус либо же расположен между фланцами. Корпус и боковые крышки изготовлены из чугуна или сплава алюминия. На них имеются ребра для увеличения площади и повышения эффективности отведения тепла при работе. Такое устройство позволяет лучше охлаждать двигатель, обеспечивая продолжительную работу при предельных нагрузках.

Однополюсная обмотка такого электродвигателя наматывается из 3-х катушек. Каждая из них называется фазой. Для достижения требуемых параметров работы мотора обмотка укладывается в противоположных пазах сердечника. Катушки соединяются между собой специальным образом в соответствии со схемой подключения и ожидаемых характеристик, обеспечивая возбуждение магнитного поля и необходимый момент при вращении.

Все концы датчиков выводятся в клеммную коробку, что позволяет их соединять в звезду или треугольник, что зависит от схемы подключения системы управления, величины питания. 3-фазный электродвигатель является универсальным, при необходимости его можно подключать к однофазному питанию с линейным напряжением. При соединении обмоток треугольником напряжение обмоток равно линейному Uф, а при подключении по схеме звезды – √3Uф.

Ротор

Ротор в асинхронном электродвигателе представляет собой вал, на котором закрепляется сердечник, набранный из листов электротехнической стали. Что трехфазный, что однофазный мотор, ротор имеет практически одинаковую конструкцию. В качестве обмотки в обычных асинхронных моторах на рабочую частоту 50Гц используются куски медного или алюминиевого провода большой толщины или стержни, соединенные между собой торцевыми замыкающими кольцами.

Для того чтобы обмотка надежно удерживалась в сердечнике, имеются специальные пазы, куда она запрессована. Торцевые кольца могут быть снабжены вентиляционными лопатками, предназначенными для улучшения интенсивности охлаждения внутреннего пространства. Вал закреплен на подшипниках, впрессованных во фланцы или плитах, закрепленных к станине в зависимости от устройства.

Между валом и статором имеется зазор, величина которого зависит от пусковых параметров мотора. Если необходимо увеличить мощность и момент, то он должен быть как можно меньше. Одновременно с ростом мощности увеличиваются и добавочные потери в верхних слоях статора и ротора.

Принцип работы

Асинхронный двигатель принцип работы имеет достаточно простой. Он основан на двух физических явлениях:

  1. При подаче напряжения на статорные обмотки в двигателе возникает вращающееся магнитное поле.
  2. Поле оказывает воздействие на ток, индуцируемый в роторе. А это создает крутящий момент, поворачивающий вал двигателя относительно полюсов.

За каждый поворот вала полюса меняются полярностью с частотой сети. Поэтому напряжение обмотки статора имеет стандартную частоту, а скорость вращения зависит от:

  • нагрузки на валу;
  • количества пар полюсов;
  • особенностей намотки статора.

Маркировка электродвигателя

Для упрощения процесса подключения и выбора схемы асинхронного 3-фазного ЭД на каждом из них имеется соответствующая маркировка. В ней указываются такие характеристики, как:

  • крутящий момент;
  • мощность;
  • максимальная скорость вращения;
  • cosφ.

Также в зашифрованной маркировке имеется указание типа двигателя, количества полюсов. Их необходимо учитывать при выборе мотора для тех или для других нужд. А для облегчения процесса подключения все концы сводятся в клеммную коробку, где подписаны следующим образом:

Если мотор подключается к сети 380 В с линейным напряжением обмоток 220В, то его схема обмоток должна быть треугольником. Но если двигатель подключается к стандартной сети 380В, то схема включения обмоток должна быть звездой.

Скольжение

При рассмотрении принципа работы асинхронного электрического двигателя применяют такое понятие, как скольжение, и обозначается параметр буквой «s». Оно возникает из-за разницы в скоростях вращения магнитного поля статора и реальной частоты вращения ротора. При этом первый показатель на порядок больше. Следовательно, чем выше разница, тем сильнее скольжение.

Скольжение позволяет объяснить принцип работы. За счет отставания частоты вращения ротора от магнитного поля статора и обеспечивается наведение ЭДС в короткозамкнутом роторе. Но если бы поле вращалось со скоростью частоты ЭДС в роторе, то собственно вращения не происходило.

Скольжение, являясь относительной величиной, измеряется в %. И становится больше при увеличении нагрузки на валу двигателя.

Двигателя с фазным ротором

Когда речь идет о моторах с фазным ротором, то он имеет немного иное устройство. Также имеется 3 обмотки, которые соединены в звезду, а их начала выведены на подводящие кольца. Сравнивая два типа двигателя с короткозамкнутым и фазным роторами, то у второго развивается момент сразу же под высокой нагрузкой. Такие моторы получили применение в системах, где требуется сделать мощный приводной агрегат с высокой тягой. Также такие моторы являются более удобными для регулируемого управления посредством регулятора частоты.

Недостатки асинхронных электродвигателей

В стандартном исполнении без магнитов на роторе асинхронные электродвигатели являются маломощными. Они неспособны сразу обеспечить высокий крутящий момент. А также для их запуска требуется большое количество электрической мощности, которая может превышать предельно допустимые показатели системы питания. Поэтому их пуск должен выполняться без нагрузки. Кроме этого, асинхронные электродвигатели являются мощными источниками электромагнитных помех, сопровождающимися сбоями в работе различных других устройств, находящихся вблизи. Для снижения их влияния необходимо предусматривать качественное заземление и обязательное экранирование.



Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

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

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

Получение вращающегося магнитного поля

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

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

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

Пуск асинхронных двигателей

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

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 

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

Способы торможения двигателей

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


Конструкция асинхронного двигателя — Circuit Globe

Трехфазный асинхронный двигатель является предпочтительным типом двигателя. Он в основном используется в промышленных приводах, потому что он очень разумный и мощный, экономичный и надежный. Его также называют асинхронным двигателем, потому что он не работает с синхронной скоростью. Асинхронный двигатель требует минимального обслуживания и обладает высокой перегрузочной способностью.

Состав:

Трехфазный асинхронный двигатель в основном состоит из двух частей, называемых статором и ротором .Статор — это неподвижная часть асинхронного двигателя, а ротор — это вращающаяся часть. Конструкция статора аналогична трехфазному синхронному двигателю, а конструкция ротора отличается для разных машин. Конструкция асинхронного двигателя подробно описывается ниже.

Конструкция статора

Статор изготовлен из пластин из высококачественной легированной стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Он состоит из трех основных частей, а именно внешней рамы, сердечника статора и обмотки статора.

Наружная рама

Внешний корпус двигателя. Его основная функция — поддерживать сердечник статора и защищать внутренние части машины. Для небольших машин внешняя рама отлита, а для больших — изготовлена. На рисунке ниже показана конструкция статора.

Сердечник статора

Сердечник статора изготовлен из штампованной высококачественной кремнистой стали. Его основная функция — переносить переменное магнитное поле, которое вызывает гистерезис и потери на вихревые токи.Штамповки закреплены на станине статора. Каждая штамповка изолирована от другой тонким слоем лака. Толщина штамповки обычно варьируется от 0,3 до 0,5 мм . На внутренней стороне штамповок сделаны прорези, как показано на рисунке ниже:

Обмотки статора

Сердечник статора имеет трехфазные обмотки, которые обычно получают питание от трехфазной сети. Шесть выводов обмоток (по две каждой фазы) соединены в клеммной коробке машины.Статор двигателя намотан на определенное количество полюсов в зависимости от скорости двигателя. Если количество полюсов больше, скорость двигателя будет меньше, а если количество полюсов меньше, скорость будет высокой.

Поскольку соотношение между скоростью и полюсом двигателя определяется как:

Обмотки могут быть соединены звездой и треугольником.

Конструкция ротора

Ротор также состоит из тонких пластин того же материала, что и статор.Ламинированный цилиндрический сердечник установлен непосредственно на валу. Эти листы имеют прорези на внешней стороне для размещения проводов. Есть два типа роторов.

Ротор с беличьей клеткой

Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из многослойного цилиндрического сердечника. Круглые прорези на внешней периферии полузакрыты. Каждый слот содержит неизолированный стержневой провод из алюминия или меди. На конце ротора проводники закорочены тяжелым кольцом из меди или алюминия.Схема ротора сепаратора показана ниже:

Пазы ротора обычно не параллельны валу, а перекошены. Перекос проводников ротора дает следующие преимущества:

  • Уменьшает гудение и обеспечивает плавную и бесшумную работу.
  • Это приводит к равномерной кривой крутящего момента для различных положений ротора.
  • Тенденция к блокировке ротора снижена. Поскольку зубья ротора и статора притягиваются друг к другу и блокируются.
  • Увеличивает сопротивление ротора за счет увеличенной длины проводников стержня ротора.

Преимущества ротора с короткозамкнутым ротором

Ниже приведены следующие преимущества ротора с сепаратором:

  • Клетчатый ротор дешевле, а конструкция прочна.
  • Отсутствие щеток снижает риск искрения.
  • Его содержание меньше.
  • Коэффициент мощности выше.
  • КПД ротора сепаратора выше.

Ротор с фазовой обмоткой

Ротор с фазовой обмоткой также называется ротором с контактным кольцом. Он состоит из ламинированного цилиндрического сердечника. На внешней периферии ротора имеется полузамкнутая прорезь, в которой установлены 3-фазные изолированные обмотки. Обмотки ротора соединены звездой.

Асинхронный двигатель с контактным кольцом показан на рисунке ниже:

Контактные кольца установлены на валу с опирающимися на них щетками. Щетки подключены к переменному резистору.Функция контактных колец и щеток заключается в обеспечении средств подключения внешних резисторов в цепи ротора. Резистор позволяет изменять сопротивление каждой фазы ротора для следующих целей:

  • Увеличивает пусковой момент и уменьшает пусковой ток.
  • Используется для управления скоростью двигателя.

Ротор этого типа также перекос. Вал из низкоуглеродистой стали проходит через центр ротора и крепится к нему.Назначение вала — передача механической энергии.

Преимущества ротора с фазовой обмоткой

Ниже приведены преимущества ротора с фазовой обмоткой.

  • Высокий пусковой момент и низкий пусковой ток.
  • Для управления скоростью двигателя в цепь можно добавить внешнее сопротивление.

Таким образом, создается асинхронный двигатель.

Конструкция, принцип работы и преимущества

Асинхронный двигатель — это наиболее широко используемый двигатель переменного тока в промышленных и бытовых применениях.Теперь вы можете подумать, почему это так? Это связано с невысокой стоимостью, простой и прочной конструкцией двигателя. Кроме того, он имеет хорошие рабочие характеристики с КПД до 90%. Асинхронный двигатель не имеет коммутатора, подобного тому, который мы видели в двигателе постоянного тока. Следовательно, он обеспечивает хорошее регулирование скорости без искрообразования.

Таким образом, с такими преимуществами становится важным удовлетворять потребность в механической мощности с помощью асинхронного двигателя. Но разве это не заставляет задуматься о том, как этот мотор работает и дает столько преимуществ? Если да, то придерживайтесь этой статьи, чтобы понять каждую деталь асинхронного двигателя.

Конструкция асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из рамы, сердечника статора, ротора, валов и подшипников.

Рама

Рама асинхронного двигателя

Это внешний корпус двигателя. Он поддерживает сердечник статора и защищает внутренние части машины от воздействия окружающей среды.

Сердечник статора

Статор состоит из пакета пластин кремнистой стали в форме кольца. Он помещается внутри рамы статора и имеет прорези на своей внутренней периферии.Эти пазы несут трехфазную обмотку, разделенную в пространстве на 120 градусов. Прямо здесь на рисунке показано распределение трехфазной обмотки в статоре.

Трехфазная обмотка со смещением 120 градусов на статоре

Ротор

Ротор состоит из пакета пластин в форме цилиндра. На его внешней периферии пробиты пазы, в которых находятся обмотки ротора. По типу обмотки роторы делятся на две категории.

Ротор с короткозамкнутым ротором
Ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

** Изображение предоставлено Википедией

В этом роторе в качестве проводников ротора используются медные или алюминиевые стержни.Каждая прорезь ротора несет проводник без какой-либо изоляции от сердечника. Все жилы закорочены кольцевыми кольцами, или концевыми кольцами.

Ротор с фазой
Ротор с обмоткой асинхронного двигателя

Для обмоток ротора используются провода или ленты. Распределение трехфазной обмотки на роторе аналогично распределению статора. Обмотка подключается к внешнему сопротивлению через контактные кольца и щетки. Ротор с обмоткой обеспечивает более высокий пусковой момент по сравнению с ротором с короткозамкнутым ротором.

Валы и подшипники

Шариковые и роликовые подшипники

В асинхронном двигателе используются шариковые и роликовые подшипники. Эти подшипники поддерживают вал ротора и обеспечивают его плавное вращение.

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель следует этим двум законам для создания однонаправленного крутящего момента.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

В нем говорится, что проводник, помещенный в переменное магнитное поле, индуцирует электромагнитную силу (ЭДС).Замкнутый проводник приводит к протеканию тока, известного как индуцированный ток.

Закон силы Лоренца

В нем говорится, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает силу. Сила, действующая на проводник, ортогональна направлению тока и магнитного поля.

Прежде чем понять, как эти законы управляют вращением асинхронного двигателя, давайте посмотрим, как статор создает вращающееся магнитное поле.

Концепция вращающегося магнитного поля

Для создания вращающегося магнитного поля необходимы два основных условия:

  • Трехфазная распределенная обмотка.Ось обмоток должна составлять пространственный угол 120 градусов.
  • Источник трехфазного переменного тока. Величина тока в трех фазах одинакова, но смещена во времени на 120 градусов. На рисунке изображена синусоидальная волна трехфазного источника. Посмотрите, как каждый фазный ток достигает своего пикового значения в разное время.
Трехфазный синусоидальный сигнал переменного тока

** Изображение предоставлено Википедией

Когда мы подаем трехфазное питание на обмотки статора, обмотки начинают создавать магнитный поток.На рисунке ниже показана ориентация магнитного потока по трем фазам после подачи трехфазного питания.

Ориентация магнитного потока по трем фазам

Но поскольку ток от трехфазного источника достигает своего пикового значения в разный момент времени, магнитный поток будет следовать такому же поведению. Посмотрим, как это сделать. Рассмотрим эти моменты времени X, Y и Z в форме волны.

Три выбранных временных интервала, т.е. X, Y и Z

Ориентация вектора магнитного поля в выбранные моменты

В точке X

В точке X величина тока в фазе A больше по сравнению с фазами B и C.Кроме того, ток в фазе A положительный, а ток в фазах B и C — отрицательный. Итак, если мы изобразим векторы магнитного поля в точке X, это будет выглядеть так. Обратите внимание на направление результирующего магнитного поля.

Выравнивание векторов магнитного поля в момент X
В точке Y

В точке Y величина тока в фазе B больше и больше положительна. На рисунке ниже показана ориентация векторов магнитного поля в точке Y. В этом случае направление результирующего магнитного поля изменилось.

Совмещение векторов магнитного поля в момент Y
В точке Z

В точке Z величина тока в фазе C больше и положительна. Векторное представление магнитного поля выглядит так. Обратите внимание, что направление результирующего магнитного поля снова изменилось.

Выравнивание векторов магнитного поля в момент Z

Из трех приведенных выше моментов времени мы заключаем, что результирующая величина магнитного поля всегда остается однородной, но его направление периодически меняется.Прослеживая траекторию вектора магнитного поля, получаем окружность.

Следовательно, приложение трехфазного тока к трехфазной распределенной обмотке создает вращающееся магнитное поле. Поле вращается с постоянной скоростью, известной как синхронная скорость.

Как вращается ротор в асинхронном двигателе?

Итак, после генерации вращающегося магнитного поля проводники ротора начинают взаимодействовать с магнитным полем. Предположим, что проводник ротора взаимодействует с магнитным полем, как показано на рисунке.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля с проводником ротора

Это взаимодействие индуцирует ток в проводнике (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея). Теперь по закону Лоренца на проводник начинает действовать сила. Эта сила стремится сместить ротор в направлении, показанном на рисунке.

Направление силы на проводник ротора

И ротор медленно начинает ускоряться и пытается достичь синхронной скорости статора.

Из этого можно сделать вывод, что асинхронный двигатель самозапускается и требует только одного источника возбуждения.

Что произойдет, если ротор достигнет синхронной скорости?

Итак, когда ротор начинает вращаться, большая относительная скорость лежит между магнитным полем статора и проводниками ротора. По мере ускорения ротора эта относительная скорость начинает уменьшаться. Следовательно, ток в проводнике ротора начинает уменьшаться.

Теперь предположим, что относительная скорость между ними становится равной нулю, и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. Когда это происходит, магнитное поле больше не взаимодействует с проводниками ротора.Следовательно, в проводниках ротора не течет ток. Как следствие, на проводники ротора не действует сила. Таким образом, скорость ротора будет уменьшена. Ротор всегда пытается поймать синхронную скорость, но никогда не достигает ее.

Таким образом, мы заключаем, что асинхронный двигатель всегда работает с меньшей скоростью, чем синхронная скорость. Следовательно, он также известен как асинхронный двигатель.

Что такое скольжение?

Итак, мы увидели, что всегда существует разница в скорости между вращающимся магнитным полем и проводниками ротора.Эта разница в скорости известна как проскальзывание. Если мы обозначим синхронную скорость с помощью (Ns) и скорость ротора с помощью (Nr), то скольжение (s) будет равно

.

с = (Ns — Nr) / Ns.

Значение Slip всегда находится в диапазоне от 0 до 1.

Преимущества асинхронного двигателя

  • Асинхронные двигатели надежны. Следовательно, его работа не зависит от условий внешней среды.
  • У них высокий пусковой момент по сравнению с синхронными двигателями.
  • Асинхронный двигатель самозапускается. Следовательно, в отличие от синхронных двигателей, никаких методов пуска не требуется.
  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не требует коммутатора, щеток и контактных колец. Это устраняет проблемы искрения и снижает общую стоимость двигателя.

Недостатки асинхронного двигателя

  • Асинхронным двигателям большой мощности требуется пускатель для бесперебойной работы двигателя. Пускатель снижает входной ток двигателя до безопасного значения, которое в противном случае привело бы к падению напряжения в системе.
  • Асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности в условиях небольшой нагрузки. Следовательно, требуются устройства коррекции коэффициента мощности.
  • Управление скоростью асинхронного двигателя немного сложно. Вместо этого для широкого диапазона регулирования скорости предпочтительны двигатели постоянного тока.

** Чтобы узнать о различиях между асинхронным и синхронным двигателем, прочтите эту статью: Разница между асинхронным и синхронным двигателем

** Чтобы узнать о других типах двигателей переменного тока, прочтите эту статью: Типы двигателей переменного тока


Читайте похожие статьи:

| Принцип работы, конструкция и пояснения к схемам двигателя постоянного тока

| Принцип работы, конструкция и пояснения к схемам генератора постоянного тока

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель, также известный как асинхронный двигатель, представляет собой разновидность электродвигателя переменного тока.По разной фазе питания его можно разделить на однофазный и трехфазный. Основная конструкция асинхронного двигателя состоит из двух частей — статора и ротора. Кроме того, есть концевые раструбы, подшипники, корпус двигателя и другие компоненты. Ниже приводится более подробная информация об основной конструкции трехфазного асинхронного двигателя или асинхронного двигателя.

1. Статор
Статор — это неподвижная часть асинхронного двигателя, состоящая из стального сердечника статора, обмоток статора и корпуса двигателя.

  • Стальной сердечник статора
    Как часть магнитной цепи двигателя, он установлен внутри корпуса двигателя. Это полый цилиндр, внешняя стенка которого соединена с корпусом двигателя. А обмотки статора помещаются в паз стального сердечника внутри. Чтобы уменьшить потери в железном сердечнике, железный сердечник статора уложен листами кремнистой стали толщиной 0,5 мм.
  • Обмотка статора
    Это часть электрической цепи двигателя, генерирующая вращающееся магнитное поле путем создания трехфазного переменного тока.Обмотки статора намотаны изолированными медными проводами и заделаны в паз статора, которые разделены изоляционным материалом между обмотками и пазом.
    Для методов соединения обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя не все из них соединены звездой (соединение Y). Но только при наличии большой емкости и высокого напряжения они будут подключаться таким образом. Как правило, что касается асинхронного двигателя малой мощности и низкого напряжения, шесть концов трехфазной обмотки статора вытягиваются для соединения в треугольник (соединение Δ) или соединение звездой (соединение Y).Таким образом, двигатель может быть применен к двум различным уровням напряжения питания, например, соединение звездой вводится в источник питания 380 В, а соединение треугольником используется для источника питания 220 В, что может удовлетворить требование запуска. Другими словами, он спроектирован как соединение треугольником для источника питания 380 В и заменяется на соединение звездой при запуске для достижения цели пуска с пониженным напряжением.
  • Рама двигателя
    Фиксирует сердечник статора и обмотки статора и поддерживает ротор двумя концевыми раструбами.Между тем, он защищает электромагнитную часть всего двигателя и рассеивает тепло, выделяемое во время работы двигателя. Рама обычно изготавливается из железа или алюминия.

2. Ротор
Ротор — это вращающаяся часть асинхронного двигателя, включая железный сердечник, обмотки, вал и т. Д.

  • Железный сердечник ротора
    Это также часть магнитной цепи, обычно сложенная из кремнистых сталей и закрепленная на валу.
  • Вал
    Он играет роль преобразования крутящего момента и поддержки ротора.Обычно он изготавливается из среднеуглеродистой или легированной стали.
  • Обмотка ротора
    Создает индуцированный ток, разрезая магнитное поле статора, и под действием вращающегося магнитного поля заставляет ротор вращаться. По разной конструкции его можно разделить на два типа: ротор с короткозамкнутым ротором и ротор с обмоткой.
    Обмотки ротора с обмоткой могут быть соединены звездой или треугольником. Как правило, ротор малой мощности соединен треугольником, а ротор большой и средней мощности соединен звездой.Концы проводов этих трех обмоток соединены с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу комплектом электрических щеток. Он может подключать внешний резистор к цепи обмотки ротора. Сопротивление струны предназначено для улучшения характеристик двигателя или регулировки скорости вращения.
    Обмотка ротора с короткозамкнутым ротором существенно отличается от структуры обмотки статора. На железном сердечнике ротора есть прорези с полосой на каждой прорези. Два конца железного сердечника, которые соединяют все стержни с внешним пазом соответственно, образуют короткое замыкание.Если вынуть железный сердечник из статора, форма обмотки будет похожа на беличью клетку. Некоторые стержни изготовлены из меди, а некоторые из алюминия. Если обмотка сделана из меди, подготовленная голая медная шина будет вставлена ​​в паз железного сердечника, а затем покрыта медными кольцами на обоих концах с последующей сваркой; если обмотка сделана из алюминия, жидкий расплав алюминия заливается непосредственно в пазы железного сердечника ротора, за один раз отливается с помощью колец и лопастей вентилятора.

Электрические машины — индукционные машины

Статор

Конструкция статора трехфазной асинхронной машины аналогична таковой. трехфазной синхронной машины.Трехфазная обмотка размещается в нескольких пазах в чтобы произвести вращающуюся синусоидальную волну mmf. Как и в случае с другими машинами переменного тока, скорость вращение магнитного поля статора описывается как синхронная скорость и дается

\ [ \ begin {выровнено} n_s & = \ frac {120 f_e} {p} \\ \ omega_s & = \ frac {4 \ pi f_e} {p} \ end {выровнен} \]

Ротор

Ротор асинхронной машины отличается от машин других типов. что мы рассмотрели до сих пор: нет необходимости в источнике питания на роторе.Ротор асинхронной машины может быть одного из двух типов

  1. Ротор с обмоткой
  2. Клетка ротора
Машины с обмоткой ротора

Асинхронные машины с фазным ротором имеют трехфазную обмотку, аналогичную обмотке статора, на ротор. Ротор обычно соединяется звездой с выводами трех фаз ротора, соединенных с контактными кольцами. При нормальной работе обмотки контактных колец закорочены, чтобы пропустить ток.Преимущество машин с фазным ротором заключается в том, что к ротору могут быть подключены внешние цепи, что позволяет осуществлять внешнее управление ротором. машина. В то время как все индукционные машины могут работать с разными крутящими моментами и скоростями, намотанный ротор управление особенно привлекательно в некоторых приложениях. Асинхронные машины с ротором обычно значительно больше дороже, чем машины с клетьевым ротором. Возможные области применения машин с фазным ротором включают

  1. Регулятор скорости очень больших машин (мульти-МВ)
  2. снижение затрат на большие машины
  3. индукционная генерация с двойным питанием (используется в ветряных турбинах класса 3).Это, наверное, самый распространенный тип машины с заводным ротором
  4. .
Роторные машины с сепаратором

Машины с клетчатым ротором (также называемые машинами с короткозамкнутым ротором) являются наиболее распространенным типом асинхронных двигателей. В конструкции ротора с сепаратором в пазах ротора вставлены сплошные проводники. Концы жил закорочены. на каждом конце ротора с помощью «концевого кольца». Для машин малого и среднего размера (до нескольких сотен лошадиных сил) жилы ротора отлиты из алюминия.Такая конструкция делает ротор относительно дешевым в производстве. В большем В станках роторы обычно изготавливаются путем вбивания сплошных медных стержней вручную в пазы ротора, а затем вручную. припайка концевого кольца на месте. Изготовленные сепараторы ротора значительно дороже литых сепараторов.

Преимущества и недостатки Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель:

Почти 70% машин, используемых в настоящее время в промышленности, — это трехфазные асинхронные двигатели.Он работает по принципу индукции, когда электромагнитное поле (ЭДС) индуцируется в проводниках ротора, когда вращающееся магнитное поле статора разрезает неподвижные проводники ротора. Поскольку мощность переменного тока используется в генерации, асинхронные двигатели для передачи и распределения занимают значительное место в промышленных приводах и не исключают двигателей постоянного тока, которые ранее использовались в промышленных приложениях. Асинхронные двигатели бывают двух типов по конструкции: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и асинхронные двигатели с контактным кольцом.Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются в двигателях и приводах. Некоторые из преимуществ асинхронных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока и синхронными двигателями. Также ниже приведены недостатки асинхронных двигателей по сравнению с другими двигателями:

Преимущества асинхронного двигателя

:

  • Асинхронные двигатели имеют простую и прочную конструкцию. Преимущество асинхронных двигателей в том, что они надежны и могут работать в любых условиях окружающей среды.
  • Асинхронные двигатели дешевле из-за отсутствия щеток, коммутаторов и контактных колец
  • Это двигатели, не требующие обслуживания, в отличие от двигателей постоянного тока и синхронных двигателей из-за отсутствия щеток, коммутаторов и контактных колец.
  • Асинхронные двигатели могут эксплуатироваться в загрязненных и взрывоопасных средах, поскольку у них нет щеток, которые могут вызвать искрение
  • Трехфазные асинхронные двигатели
  • будут иметь самозапускающийся момент в отличие от синхронных двигателей, поэтому в отличие от синхронных двигателей не используются методы пуска. Однако однофазные асинхронные двигатели не обладают самозапускаемым моментом и вращаются с помощью некоторых вспомогательных устройств.

Эти преимущества асинхронных двигателей делают их более заметными в промышленных и бытовых применениях.

Асинхронный двигатель Недостатки:

Некоторые из недостатков асинхронных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока и синхронными двигателями:

  • Трехфазные асинхронные двигатели имеют низкий пусковой момент и высокие токи включения. Поэтому эти двигатели не используются широко для приложений, требующих высоких пусковых моментов, таких как тяговые системы. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет низкий пусковой момент. Пусковой крутящий момент в случае асинхронного двигателя с контактным кольцом сравнительно лучше из-за наличия внешнего резистора в цепи ротора во время пуска.Другим важным недостатком асинхронного двигателя является то, что он потребляет большие пусковые токи, вызывая сильное мгновенное падение напряжения во время запуска машины. Высокие пусковые токи можно снизить, используя некоторые методы пуска в асинхронном двигателе
  • .
  • Асинхронные двигатели всегда работают с отстающим коэффициентом мощности, а в условиях небольшой нагрузки они работают с очень худшим коэффициентом мощности (от 0,2 до 0,4 с запаздыванием). К недостаткам плохой мощности относятся увеличение потерь I 2 R в системе, снижение КПД системы.Следовательно, рядом с этими двигателями следует размещать некоторое оборудование для коррекции коэффициента мощности, такое как батареи статических конденсаторов, чтобы передавать им реактивную мощность.
  • Одним из основных недостатков асинхронных двигателей является то, что регулирование скорости асинхронных двигателей затруднено. Следовательно, для точного регулирования скорости вместо асинхронных двигателей используются двигатели постоянного тока. Благодаря прогрессу в силовой электронике, частотно-регулируемые приводы с асинхронными двигателями теперь используются в промышленности для регулирования скорости.

Вот некоторые из недостатков асинхронных двигателей

. Типы двигателей переменного тока

[Конструкция, принцип работы деталей] Подробнее

В этом посте вы узнаете, что такое двигатели переменного тока Типы двигателей переменного тока и , принцип работы , конструкция , приложения , преимущества и недостатки .

Двигатели переменного тока и их типы

Двигатель, преобразующий переменный ток в механическую энергию, известен в мире А.C. мотор. Асинхронные двигатели — это двигатели переменного тока.

Автор Egzon123 — Собственная работа, CC BY-SA 3.0, https: //commons.wikimedia.org6

Принцип работы асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель работает по принципу, что когда замкнутый проводник помещается в магнитное поле, он производит моментный или асинхронный двигатель работает на комбинированном эффекте электромагнитной индукции и принципа двигателя.

Читайте также: Что такое подшипник? и различные типы подшипников и как они работают?

Конструкция электродвигателей переменного тока

Трехфазный асинхронный электродвигатель в основном состоит из двух частей:

  1. Статор
  2. Ротор

Статор является статической частью, а ротор — вращающейся частью, обе разделены небольшим воздухом. разрыв, который варьируется от 0.4 мм — 4 мм в зависимости от мощности двигателя.

1. Статор

На рисунке показан статор асинхронного двигателя. Он состоит из стального каркаса, который окружает полый цилиндрический конус, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь. На внутренней периферии сердечника вырезано большое количество одинаковых пазов.

В эти пазы помещаются проводники статора, которые изолированы друг от друга, а также от пазов.Проводники подключаются по схеме сбалансированной обмотки звезды или треугольника. Обмотки намотаны на определенное количество. полюсов, в зависимости от требований скорости.

Если требуется высокая скорость, обмотка наматывается за меньшее количество. полюсов и наоборот. Связи между скоростью и нет. Число полюсов определяется выражением,

Ns = 120f / P

где,

  • Ns = синхронная скорость в об / мин
  • f = частота питания
  • P = количество полюсов.

Читайте также: Индукторы: типы, характеристики, работа и применение индукторов

2.Ротор

Ротор установлен на валу двигателя, к которому может быть подключена любая механическая нагрузка. Существует 2 типа роторов, таких как:

  • Ротор с короткозамкнутым ротором
  • Ротор с фазовой обмоткой

Таким образом, если двигатель содержит ротор с короткозамкнутым ротором, то он называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, а если он содержит ротор с фазовой обмоткой , то он называется асинхронным двигателем с фазной обмоткой.

1. Ротор с короткозамкнутым ротором

На рисунке показан ротор с короткозамкнутым ротором, который состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями для несения проводников ротора.Проводами ротора служат тяжелые медные или алюминиевые шины. В каждый слот помещается одна полоска.

Все шины припаяны или приварены с обоих концов к двум медным концевым кольцам, таким образом закорачивая их с обоих концов. Поскольку стержни ротора закорочены, невозможно добавить внешнее сопротивление последовательно с цепью ротора во время запуска.

Прорези слегка перекошены, потому что это снижает шум из-за магнитного шума и обеспечивает плавную работу ротора, а также снижает тенденцию к блокировке между ротором и статором.

2. Ротор с фазовой обмоткой

На рисунке показан асинхронный двигатель с фазной обмоткой и положение соединений ротора. Ротор многослойный. Цилиндрический сердечник содержит одинаковые пазы, в этих пазах размещается трехфазная обмотка, соединенная звездой.

Открытые концы звездообразной обмотки соединены с 3 изолированными контактными кольцами, установленными на валу двигателя, с присоединенными к ним угольными щетками. Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, который используется в качестве пускового устройства во время пускового периода.Контактные кольца замыкаются накоротко с помощью металлической манжеты во время работы.

Читайте также: Электрическая цепь: Типы цепей, закон Кирхгофа и его классификация

Типы двигателей переменного тока

Ниже приведены различные типы двигателей переменного тока :

  1. Асинхронные двигатели
  2. Синхронные двигатели
  3. Однофазные двигатели
  4. Трехфазные двигатели
  5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  6. Двигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с контактным кольцом

1.Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель (также известный как асинхронный двигатель) обычно используется как электродвигатель переменного тока. В этом двигателе электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, достигается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. Ротор асинхронного двигателя в основном представляет собой ротор с короткозамкнутым ротором или ротор с намоткой.

Принцип работы

В двигателе постоянного тока электрическое питание подается как на статор, так и на ротор через щеточную систему.В асинхронном двигателе мы подаем только один на статор. Когда мы подаем питание на обмотку статора, в статоре создается магнитный поток из-за тока, протекающего в катушке.

Обмотка ротора сконструирована таким образом, что каждая катушка закорачивается. Магнитный поток от статора разрезает катушку с короткой циркуляцией в роторе. Поскольку катушки ротора закорочены, ток начнет течь через катушку ротора. Это называется законом электромагнитной индукции Фарадея.

Когда ток течет через катушку ротора, в роторе генерируется другой магнитный поток. Теперь в статоре и роторе есть два потока. Поток ротора будет отставать от потока статора. Благодаря этому ротор получит крутящий момент, который заставит ротор вращаться в направлении вращающегося магнитного поля.

2. Синхронные двигатели

Синхронный двигатель утверждает, что «двигатель переменного тока, в котором он находится в установившемся состоянии, вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока».Он работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, образованных валом, равно целочисленному множителю частоты приложенного тока.

Работа синхронного двигателя не зависит от индукционного тока. В этих типах двигателей, в отличие от асинхронных двигателей, на статоре установлены многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле.

Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизирован с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

Принцип работы

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора. Статор имеет 3-х фазные обмотки и питается 3-х фазным питанием.

Следовательно, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. Ротор питается от постоянного тока. Ротор попадает во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно.

Теперь скорость двигателя зависит от частоты тока питания.Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя рассчитывается по формуле

Ns = 60f / P = 120f / p

, где

  • f = частота переменного тока (Гц)
  • p = общее количество количество полюсов на фазу
  • P = общее количество пар полюсов на фазу

Если приложена нагрузка, превышающая пробивную нагрузку, то двигатель становится десинхронизированным. Преимущество трехфазной обмотки статора заключается в определении направления обмотки.

В случае однофазной обмотки невозможно получить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом направлении. Эти синхронные двигатели требуют первоначального устройства для управления направлением вращения.

3. Однофазные двигатели

Однофазный асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, который преобразует электрическую энергию в механическую для выполнения некоторой физической работы. Однофазному асинхронному двигателю для работы требуется только одна фаза питания.Эти типы двигателей переменного тока обычно используются в системах с низким энергопотреблением в бытовых и промышленных целях.

Принцип работы

В этих типах двигателей переменного тока однофазное питание переменного тока подается на обмотку статора. Это вызывает магнитное поле, которое пульсирует синусоидальным образом.

Через некоторое время полярность поля меняется на противоположную, и переменный ток может не обеспечивать двигатель необходимой обмоткой. Но если двигатель приводится в действие внешними средствами, двигатель будет вращаться с ограниченной скоростью.

4. Трехфазные двигатели

Трехфазный двигатель — это электрическая машина, которая посредством электромагнитных взаимодействий преобразует электрическую энергию в механическую. В случае работы трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее часто используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель, поскольку эти типы двигателей переменного тока не требуют дополнительных пусковых устройств.

Эти типы двигателей называются асинхронными двигателями с самозапуском. Трехфазный асинхронный двигатель состоит из статора и ротора.

Принцип работы

Когда эти типы двигателей переменного тока заряжаются от трехфазного источника питания, обмотка статора создает постоянное магнитное поле со 120 смещениями постоянной величины, которое вращается с синхронной скоростью.

Согласно теории электромагнитного поля Фарадея, переменное магнитное поле разрезает проводники ротора и генерирует в них ток. Поскольку эти проводники ротора укорачиваются, через эти проводники начинает течь ток.

При наличии магнитного поля статора размещаются проводники ротора.Следовательно, согласно теории сил Лоренца, на проводник ротора действует механическая сила. Таким образом, все проводники ротора проявляют силу, то есть сумма механических сил создает крутящий момент в роторе, который перемещает его в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

Вращение этого проводника ротора также можно объяснить законом Ленца, который гласит, что токи, индуцируемые в роторе, противодействуют причине его образования, здесь это сопротивление вращает магнитное поле.

В результате ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле статора.Если скорость ротора больше скорости статора, то в роторе не будет генерироваться ток, поскольку причиной вращения ротора является относительное движение ротора и магнитное поле статора.

Разница между полями статора и ротора известна как скольжение. Трехфазный двигатель называется асинхронной машиной из-за этой относительной разницы скоростей между статором и ротором.

5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это трехфазный асинхронный двигатель, работающий по закону электромагнетизма.Это называется «двигателем с короткозамкнутым ротором», потому что ротор внутри него известен как ротор с короткозамкнутым ротором »- потому что он выглядит как беличья клетка.

Этот ротор представляет собой цилиндр из стальной детали, поверхность которого состоит из металла с высокой проводимостью (обычно алюминия или меди). Когда переменный ток проходит через обмотки статора, создается вращающееся магнитное поле.

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

Основным преимуществом двигателя с короткозамкнутым ротором является то, насколько эффективно вы можете изменять его характеристики скорости-момента. Этого можно добиться, отрегулировав размер стержней в роторе. Эти типы двигателей используются в различных отраслях промышленности, поскольку они надежны, самозапускаются и легко адаптируются.

Принцип работы

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

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

В момент, когда ротор захватывает вращающееся магнитное поле, ток ротора падает до нуля, потому что нет большего относительного движения между вращающимся магнитным полем и ротором.Следовательно, в это время ротор испытывает нулевую касательную силу, поэтому ротор моментально распадается.

После разрушения ротора относительное движение между ротором и вращающимся магнитным полем восстанавливается, следовательно, ток ротора повторно индуцируется.

Итак, тангенциальная сила снова восстанавливается для вращения ротора, и снова ротор начинает вращать магнитное поле, и, как таковой, ротор сохраняет постоянную скорость, которая меньше скорости вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. скорость.

6. Двигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с контактным кольцом

Асинхронные двигатели уже много лет используются в мире промышленности. В асинхронных двигателях, используемых в лифтах и ​​подъемниках, вы можете увидеть тип ротора, называемый ротором с контактным кольцом, в то время как в большинстве других приложений вы можете увидеть простой ротор с короткозамкнутым ротором.

Обычный асинхронный двигатель или двигатель с короткозамкнутым ротором генерирует очень низкий пусковой момент, и для некоторых приложений этот низкий пусковой момент вызовет серьезные проблемы.Именно в этих условиях используются асинхронные двигатели с контактным кольцом, поскольку они обеспечивают высокий пусковой момент.

Преимущества электродвигателей переменного тока

Ниже приведены преимущества электродвигателей переменного тока:

  1. Он может быть доступен по низкой цене.
  2. Имеет вариации скорости.
  3. Низкие эксплуатационные расходы.
  4. Двигатель переменного тока имеет высокий коэффициент мощности.
  5. Имеет надежную работу.
  6. Простой дизайн.

Недостатки электродвигателей переменного тока

Ниже приведены недостатки электродвигателей переменного тока:

  1. Он создает вихревые токи из-за образования обратной ЭДС.
  2. Отказ от работы на малой скорости.
  3. Плохой контроль позиционирования.

Применение электродвигателей переменного тока

Ниже приведены области применения электродвигателей переменного тока:

  1. Двигатели с короткозамкнутым ротором
    1. Они используются в промышленных приводах водяных насосов, трубчатых колодцах, токарных станках, дрелях и т. Д.
    2. Двигатели с двойным сепаратором: Применяется для приводов кранов, пробивных прессов, токарных станков, дрелей и т. д.
  2. Двигатели с фазной обмоткой
    1. Используются там, где требуется высокий пусковой момент.
    2. Применяются для приводов линейных валов, лифтов, насосов, мельниц и т. Д.
  3. Синхронные двигатели используются в компрессорах, бумажных комбинатах, сталепрокатной промышленности.
  4. Однофазные двигатели используются в бытовых электроприборах, например, в стиральных машинах, холодильниках, шлифовальных машинах, воздуходувках и т. Д.

Скачать статью в формате PDF


Спасибо, что прочитали. Если вам понравилась наша статья « Типы асинхронных двигателей », поделитесь с друзьями.Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу « Типы асинхронных двигателей », вы можете задать их в комментариях.

Читать далее:

Трехфазный асинхронный двигатель, работа, конструкция, типы, особенности и применение

Здравствуйте, друзья, надеюсь, у всех у вас все хорошо. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим введение в трехфазный асинхронный двигатель . Трехфазный асинхронный двигатель — это тип машины, который в основном используется в промышленности. Существует 2 основных типа трехфазных асинхронных двигателей: первый — это беличья клетка, а другой — двигатель с фазным ротором.Мотор с короткозамкнутым ротором обычно используется в наших домашних хозяйствах и на производстве, поскольку он дешев, прост в ремонте и надежен. Асинхронный двигатель доступен в диапазоне от FHP (дробная мощность — это двигатель, выходная мощность которого составляет 746 или меньше) до нескольких мегаватт. Двигатели FHP бывают одно- и многофазными, например трехфазными. Трехфазные двигатели используются в тех случаях, когда необходим более высокий крутящий момент.

Асинхронный двигатель — это разновидность двигателя переменного тока, в котором мощность передается на ротор в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Асинхронный двигатель вращается (вращается) за счет силы между статором и магнитным полем ротора. Ток в статоре создает поле, которое взаимодействует с полем ротора, и в роторе индуцируется крутящий момент, из-за которого он вращается, таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. В сегодняшнем посте мы рассмотрим конструкцию, работу, скольжение, крутящий момент и другие параметры трехфазного асинхронного двигателя. Итак, давайте начнем с Введение в трехфазный асинхронный двигатель

Введение в трехфазный асинхронный двигатель
  • Трехфазный асинхронный двигатель — это машина, сконструированная для работы от трехфазного источника питания.
  • Асинхронный двигатель с тремя диаметрами также известен как асинхронный . Его работа зависит от принципа вращающегося магнитного поля.
  • Как мы обсуждали в статье об однофазном асинхронном двигателе, что он не самозапускающийся, а трехфазный двигатель является самозапускающимся устройством, для этого двигателя нет необходимости в каком-либо отдельном пускателе.
  • Есть два основных типа этого двигателя, которые по конструкции ротора: первый — это двигатель с фазным ротором, а второй — ротор с короткозамкнутым ротором.
  • Конструкция этого двигателя очень скромная, прочная, менее дорогая, и его очень легко ремонтировать. Этот двигатель доступен во многих номинальных мощностях.
  • Этот двигатель работает с постоянной скоростью в условиях холостого хода или полной нагрузки
Развитие наведенного крутящего момента в трехфазном асинхронном двигателе
  • На приведенной схеме мы видим, что ротор обоймы трехфазного асинхронного двигателя.
  • На этот ротор мы подали 3-фазные входы на ведущую часть двигателя, и мы можем видеть, что 3-х токи движутся в статоре.
  • Эти 3 тока создают вращающееся магнитное поле (Bs), которое вращается против часовой стрелки.
  • Скорость этого вращающегося магнитного поля может быть измерена по данной формуле.

n синхронизация = 120fe / p

  • В этом уравнении.
    • n sync показывает скорость вращающегося магнитного поля.
    • f e — частота системы.
    • (P) не соответствует полюсу двигателя.
  • Вращающееся поле (Bs), когда оно связано с ротором, индуцирует ЭДС в роторе, что объясняется как.

e ind = (v x B) x I

  • В этом уравнении:
    • В — вращение ротора относительно поля.
    • B — вращающееся магнитное поле.
    • L — длина ротора (можно сказать, что это длина стержней в поле).
  • Это сравнительное движение ротора, связанное с магнитным полем, которое индуцировало напряжение на стержнях ротора.
  • Направление скорости стержней ротора, которые расположены вверху, составляет девяносто градусов к магнитному полю, которое вызывает генерацию ЭДС в этих столбцах за пределами страницы, а в нижних столбцах направление ЭДС, индуцированное на странице.
  • Хотя, поскольку сборка ротора обладает индуктивными свойствами, самый высокий ток ротора (I) отстает от самого высокого напряжения ротора (V).
  • Ток, движущийся в роторе, вызывает создание магнитного поля ротора, которое обозначается как B R .

T ind = kB R x BS

  • Это индуцированный крутящий момент в двигателе.
  • Результирующий крутящий момент направлен против часовой стрелки. Направление вращения ротора зависит от направления индуцированного крутящего момента, поскольку направление крутящего момента — против часовой стрелки, поэтому ротор также движется против часовой стрелки.
  • Существует фиксированный верхний предел скорости двигателя, но. Если ротор двигателя движется с синхронной скоростью, стержни ротора будут статичными по отношению к полю, и в роторе не будет индуцированной ЭДС.
  • Если наведенная ЭДС равна нулю, то в роторе не будет тока и поля.

T ind = kB R x BS

  • В приведенном выше уравнении мы видим, что крутящий момент также зависит от ЭДС ротора, если нет ЭДС ротора, тогда не будет крутящего момента, поэтому двигатель замедлится и перестанет работать.
Что такое проскальзывание ротора
  • Индуцированная ЭДС в роторе зависит от скорости вращения ротора по отношению к вращающемуся полю.
  • Между тем, работа асинхронного двигателя зависит от напряжения (V) и тока (I), поэтому разумно поговорить об этой сравнительной скорости.
  • 3 параметра обычно используются для описания сравнительного движения ротора и магнитных полей (B).
  • Первый — это скорость скольжения (n скольжение ), он объясняет разницу между синхронной скоростью (n syn ) и скоростью ротора (n m ).
  • Скорость скольжения описывается данной формулой как:

(n скольжение ) = (n syn ) — (n m )

  • В этом уравнении:
    • (n скольжение ) обозначается как скорость скольжения.
    • (n syn ) описывает синхронную скорость.
    • (n m ) — скорость вращения ротора.
  • Фактор, описывающий относительное движение между скоростью ротора и магнитным полем, — это скольжение.
  • Определяется как относительная скорость, выраженная в процентах. Его можно определить по данной формуле.

S = (nslip / nsync) x 100%

  • Если мы поместим в это уравнение скорость скольжения (n скольжение ), то получится.

S = (nsync-нм) / (nsync) x 100%

  • Это уравнение также можно определить в терминах угловой скорости.

с = (Wsync -Wm) / (Wsync)

  • Из этого уравнения мы можем видеть, что если ротор движется с синхронной скоростью, то значение скольжения равно нулю, а если ротор находится в стационарном состоянии, значение скольжения равно единице.
 
Электрическая частота на роторе асинхронного двигателя
  • Асинхронный двигатель работает за счет ЭДС, индуцированной в роторе, по этой причине его также называют вращающимся трансформатором.
  • Как и в первичной обмотке трансформатора, индуцированное напряжение во вторичной обмотке, в случае асинхронного двигателя статор действует как первичная обмотка, а ротор — как вторичная обмотка.
  • Но в трансформаторе частота вторичной обмотки остается прежней, но в случае частоты двигателя не остается.
  • Если мы заблокируем ротор двигателя, то его частота станет равной частоте статора.
  • Если ротор вращается с синхронной скоростью, то частота ротора будет 0.
  • По заданной формуле можно найти значение частоты ротора.

f r = (P / 120) x ((n syn ) — (n m ))

  • В уравнении:
    • f r представлено как частота ротора.
    • (n syn ) — синхронная скорость.
    • (n m ) — скорость ротора.
Детали трехфазного асинхронного двигателя
  • Трехфазный асинхронный двигатель состоит в основном из двух частей: первая — статор асинхронного двигателя, а вторая — ротор.
  • Это наиболее важные детали, поскольку они вызывают генерацию магнитного потока в двигателе и его работу.
  • Давайте обсудим оба подробно.
Статор трехфазного асинхронного двигателя
  • Статор асинхронного двигателя 3-ø создается комбинацией большого количества отверстий (пазов) для вставки схемы крылышек 3 ø, где предусмотрено входное питание 3 ø.
  • Трехфазная обмотка спроектирована таким образом, что при подаче питания на их клеммы они создают вращающееся магнитное поле.
Ротор трехфазного асинхронного двигателя
  • Ротор асинхронного двигателя 3 ø содержит покрытый сердечник цилиндрической формы с соответствующими пазами (пазами), в которых могут быть проводники.
  • Эти токопроводящие провода могут быть из меди (Cu) или алюминия (Al), закрепленные в каждой прорези (пазу), и они соединены с контактными кольцами на конце.
  • Прорези на роторе не точно эквивалентны оси вала, но расположены под небольшим наклоном, так как такое расположение снижает магнитный жужжащий звук и позволяет избежать флибустьерства двигателя.
Работа трехфазного асинхронного двигателя
  • Ведущая часть двигателя состоит из наложенных друг на друга трех обмоток, расположенных под углом один двадцать градусов друг к другу.
  • Когда статор подключен к источнику переменного тока с тремя диаметрами, он создает вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.
  • Преобразование в закон Фарадея напряжения, производимого в любой цепи, является причиной скорости изменения ассоциации магнитного потока через схему.
  • Как мы уже говорили, стержни ротора соединены с контактными кольцами, когда вращающееся поле статора взаимодействует с ротором, это поле вызывает индуцированное напряжение в роторе.Из-за этого в роторе возникает напряжение.
  • Сравнительная скорость вращающегося флюса и проводящего провода неподвижного ротора является источником текущего производства.
  • Таким образом, исходя из принципа работы асинхронного двигателя 3-ø, можно определить, что скорость ротора не должна равняться синхронной скорости, создаваемой неподвижной частью ротора.
  • Если скорость ротора равна скорости поля статора, тогда не будет сравнительной скорости, из-за этого не будет напряжения в роторе двигателя, если нет индуцированного напряжения в роторе, тогда нет в роторе не будет протекать ток.
  • Из-за отсутствия тока в двигателе не будет крутящего момента, и двигатель не будет работать.
Характеристики трехфазного асинхронного двигателя
  • Трехфазный асинхронный двигатель самозапускающийся, для этого двигателя не требуется специального пускателя.
  • В этом двигателе нет щеток, которые устраняют искрение двигателя.
  • Этот двигатель имеет мощную конструкцию.
  • Это менее дорогой мотор.
  • Ремонт этого мотора очень прост, так как эта функция используется чаще всего.
Применение трехфазного асинхронного двигателя
  • Этот двигатель используется в лифтах.
  • Трехфазный асинхронный двигатель используется в кранах.
  • Этот двигатель также используется в вытяжных вентиляторах большого объема.
  • Используется в дополнительных винтах двигателя.
  • Он работает как двигатель вентилятора двигателя.
Преимущества асинхронного двигателя
  • Эти двигатели мощные и скромные по конструкции с очень ограниченными подвижными частями.
  • Эти двигатели умело работают в суровых и суровых условиях, например, в морских контейнерах.
  • Цена ремонта асинхронного двигателя с тремя диаметрами меньше и отличается от стоимости ремонта двигателя постоянного тока или синхронного двигателя, асинхронный двигатель не имеет щеток и контактных колец.
  • Он может работать в естественной атмосфере, поскольку у них нет щеток, которые могут вызвать искрение и могут быть опасны для такой среды.
  • Асинхронный двигатель с тремя диаметрами не требует дополнительных пусковых устройств или приспособлений, так как они могут создавать пусковой крутящий момент при подаче переменного напряжения с тремя диаметрами.
  • Конечные результаты двигателя 3 ø примерно в (1,5) раза превышают номинальные характеристики двигателя 1 ø с такими же номинальными характеристиками.
Недостатки трехфазного асинхронного двигателя
  • В процессе запуска требуется более высокий предварительный начальный ток при подключении к тяжелой нагрузке.
  • Это вызывает потерю напряжения во время пуска двигателя.
  • Асинхронный двигатель работает с запаздыванием P.F, что приводит к увеличению потерь (I 2 R) и снижает эффективность, особенно при небольшой нагрузке.Для восстановления P.F используются стационарные конденсаторные батареи с двигателем.
  • Регулятор скорости асинхронного двигателя 3 ø является сложной задачей по сравнению с двигателями постоянного тока. Преобразователь частоты можно комбинировать с асинхронным двигателем для регулирования скорости.

Все дело в трехфазном асинхронном двигателе, я изо всех сил стараюсь объяснить все, что связано с трехфазным асинхронным двигателем. Если у вас есть какие-либо вопросы, задавайте их в комментариях.Надеюсь, вам понравился этот урок. Спасибо за прочтение. увидимся в следующем уроке об асинхронном двигателе. Хорошего дня.

Вы также можете прочитать некоторые статьи по асинхронному двигателю. Это описано здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.