Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Асинхронный двигатель простой и надежный и от этого очень часто используется на производстве и в бытовой технике, от привода задвижек до вращения барабана в стиральной машине. В этой статье мы простыми словами расскажем о том какие бывают асинхронные электродвигатели, что это такое и как работает данный тип электрических машин.

Виды

Асинхронные двигатели (АД) делятся на две основные группы:

  • с короткозамкнутым ротором (КЗ);
  • с фазным ротором.

Если опустить нюансы, то отличие заключается в том, что у АД с короткозамкнутым ротором нет щеток и выраженных обмоток, он менее требователен в обслуживании.

Тогда как в асинхронных двигателях с фазным ротором есть три обмотки, соединенные с контактными кольцами, ток с которых снимается щетками.

В отличие от предыдущего лучше поддаётся регулированию момента на валу и проще реализуется плавный запуск для снижения пусковых токов.

В остальном двигатели классифицируют:

  • по количеству питающих фаз — однофазные и двухфазные (используются в быту при питании от сети 220В), и трёхфазные (получили наибольшее распространение на производстве и в мастерских).
  • по способу крепления — фланцевое или на лапах.
  • по режиму работы — для длительного, кратковременного или повторно-кратковременного режима.

И ряду других факторов, которые влияют выбор конкретного изделия для использования в конкретных условиях.

Об однофазных электродвигателях можно сказать много: некоторые из них запускаются через конденсатор, а некоторым требуется и пусковая и рабочая ёмкость. Есть и варианты с короткозамкнутым витком, которые работают без конденсатора и применяются, например, в вытяжках. Если вам интересно — пишите в х и мы напишем об этом статью.

Устройство

По определению «асинхронным» называют двигатель переменного тока, у которого ротор вращается медленнее чем магнитное поле статора, то есть несинхронно. Но это определение не слишком информативно. Чтобы его понять нужно разобраться как устроен этот двигатель.

Асинхронный двигатель, как и любой другой состоит из двух основных частей — ротор и статор. «Для чайников» в электрике расшифруем:

  • Статором называют неподвижную часть любого генератора или электродвигателя.
  • Ротором называют вращающуюся часть двигателя, которая и приводит в движение механизмы.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Статор состоит из корпуса, торцы которого закрываются подшипниковыми щитами, в которых установлены подшипники. В зависимости от назначения и мощности двигателя используют подшипники скольжения или качения. В корпусе расположен сердечник, на нём установлена обмотка. Её называют обмоткой статора.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Так как ток переменный, чтобы снизить потери из-за блуждающих токов (токи Фуко) сердечник статора набирают из тонких стальных пластин, изолированных друг от друга окалиной и скрепленных лаком. На обмотки статора подают питающее напряжение, ток протекающий в них называют током статора.

Количество обмоток зависит от числа питающих фаз и конструкции двигателя. Так у трёхфазного двигателя минимум три обмотки, соединённых по схеме звезды или треугольника. Их количество может быть больше, и оно влияет на скорость вращения вала, но об этом мы поговорим далее.

А вот с ротором дела обстоят интереснее, как уже было сказано он может быть или короткозамкнутым, или фазным.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Короткозамкнутый ротор — это набор металлических стержней (обычно алюминиевых или медных), на рисунке выше обозначены цифрой 2, впаянных или залитых в сердечник (1) замкнутых между собой кольцами (3).

Такая конструкция напоминает колесо, в котором бегают одомашненные грызуны, отчего её часто называют «беличьей клеткой» или «беличьим колесом» и такое название не жаргонное, а вполне литературное.

Для уменьшения высших гармоник ЭДС и пульсации магнитного поля, стержни укладывают не вдоль вала, а под определенным углом относительно оси вращения.

Фазный ротор отличается от предыдущего тем, что на нем уже есть три обмотки, как на статоре. Начала обмоток подключаются к кольцам, обычно медным, они напрессованы на вал двигателя. Позже мы кратко объясним зачем они нужны.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

В обоих случаях, один из концов вала соединяют с приводимым в движение механизмом, он выполняется конической или цилиндрической формы с проточками или без, для установки фланца, шкива и других механических приводных деталей.

На «задней» части вала закрепляют крыльчатку, которая необходима для обдува и охлаждения, поверх крыльчатки на корпус надевается кожух. Таким образом холодный воздух направляется вдоль ребер асинхронного двигателя, если эта крыльчатка по какой-то причине не будет вращаться — он перегреется.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Конструкция первого асинхронного двигателя была разработана М.О. Доливо-Добровольским и запатентовал он её в 1889 г. Без особых изменений дожила до настоящего времени.

Принцип работы

Асинхронные электрические машины часто называют индукционными, это связано с их принципом действия.

Любой электродвигатель приводится во вращение в результате взаимодействия магнитных полей ротора и статора, а также благодаря силе Ампера.

Магнитное поле, в свою очередь, может существовать либо вокруг постоянного магнита, либо вокруг проводника, через который протекает ток. Но как работает именно асинхронная машина?

В асинхронном двигателе в отличие от других нет как таковой обмотки возбуждения, тогда как у него появляется магнитное поле? Ответ прост: асинхронный электродвигатель – это трансформатор.

  • Рассмотрим принцип его работы на примере трёхфазной машины, так как именно они встречаются чаще остальных.
  • На рисунке ниже вы видите расположение обмоток на сердечнике статора трёхфазного асинхронного двигателя.
  • Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

В результате протекания трёхфазного тока в обмотках статора появляется вращающееся магнитное поле.

Из-за сдвига фаз ток протекает то по одной, то по другой обмотке, в соответствии с этим возникает магнитное поле, полюса которого направлены согласно правилу правой руки.

И в соответствии с изменением тока в той или иной обмотке полюса направляются в соответствующую сторону. Что иллюстрирует следующая анимация:

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

В простейшем (двух полюсном) случае обмотки уложены таким образом, что каждая из них смещена на 120 градусов относительно предыдущей, как и угол сдвига фаз напряжения в сети переменного тока.

Скорость вращения магнитного поля статора принято называть синхронной. Подробнее о том, как оно вращается, и почему вы узнаете из следующего видеоролика. Отметим, что в двухфазных (конденсаторных) и однофазных электродвигателях — оно не вращающееся, а эллиптическое или пульсирующее, а обмоток не 3, а 2.

Если рассматривать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, то магнитное поле статора индуцирует в его стержнях ЭДС, так как они замкнуты, то начинает протекать ток. Из-за чего также возникает магнитное поле.

В результате взаимодействия двух полей и силе Ампера, действующей на ротор, он начинает вращаться вслед за вращающимся магнитным полем статора, но при этом всегда немного отставая от скорости вращения МП статора, это отставание называют скольжением.

Если скорость вращения магнитного поля называют синхронной, то скорость вращения ротора уже асинхронной, от чего он и получил такое название.

У АД с фазным ротором дела обстоят подобным образом, за исключением того, что к его кольцам подключают реостат, который после того как двигатель выйдет на рабочий режим выводится из цепи и обмотки замыкаются накоротко. Это показано на схеме ниже, но вместо реостата использованы постоянные резисторы, подключаемые или шунтируемые контакторами КМ3, КМ2, КМ1.

  1. Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы
  2. Такой подход позволяет осуществлять плавный запуск и снижать пусковые токи, за счет увеличения активного электрического сопротивления ротора.
  3. Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работыПодведем итоги:
  1. Ток в обмотках статора порождает магнитное поле.
  2. Магнитное поле приводит к возникновению тока в роторе.
  3. Ток в роторе к возникновению поля вокруг него.
  4. Так как поле статора вращается, то из-за своего поля ротор начинает вращаться за ним.

Скольжение и скорость вращения

  • Частота вращения магнитного поля статора (n1) больше, чем частота вращения ротора (n2). Разница между ними называется скольжением, а обозначается латинской буквой S и вычисляется по формуле:
  • S=(n1-n2)*100%/n1
  • Скольжение не является недостатком этого электродвигателя, поскольку если бы его вал вращался с той же частотой, что и магнитное поля статора (синхронно), то в его стержнях не индуцировался бы ток, и он бы просто не стал вращаться.
  • Теперь о более важном понятии — частота вращения ротора асинхронного электродвигателя. Она зависит от 3 величин:
  • частота напряжения питающей сети (f);
  • число пар магнитных полюсов (p);
  • скольжение (S).

Число пар магнитных полюсов определяет синхронную скорость вращения поля и зависит от числа обмоток статора. Скольжение зависит от нагрузки и конструкции конкретного электродвигателя и лежит в пределах 3-10%, то есть асинхронная скорость совсем немного меньше синхронной. Ну а частота переменного тока у нас фиксирована и равняется 50 Гц.

Поэтому частоту вращения вала асинхронного двигателя сложно регулировать, вы можете воздействовать лишь на частоту питающей сети, то есть установив частотный преобразователь. Можно и понижать напряжение статора, но тогда уменьшается мощность на валу, тем не менее такой приём применяют при пуске АД с переключением обмоток со звезды на треугольник для уменьшения пусковых токов.

  1. Частота вращения поля статора (синхронная скорость) определяется по формуле:
  2. n=60*f/p
  3. Так в двигателе с одной парой магнитных полюсов (два полюса) синхронная скорость равна:
  4. 60*50/1=3000 об/мин
  5. Наиболее распространены следующие варианты электродвигателей с:
  • одной парой полюсов (3000 об/мин);
  • двумя (1500 об/мин);
  • тремя (1000 об/мин);
  • четырьмя (750 об/мин).

Реальная скорость вращения ротора будет несколько ниже, на реальном асинхронном двигателе она указывается на шильдике, например, здесь – 2730 об/мин. Несмотря на это, в народе такой асинхронный двигатель будут называть согласно синхронной скорости или просто «трёхтысячник».

  • Тогда его скольжение равняется:
  • 3000-2730*100%/3000=9%

Сфера применения

Асинхронный электродвигатель нашел применение во всех сферах деятельности человека. Те что питаются от одной фазы (от 220В) можно встретить в исполнительных механизмах малой мощности или в бытовой технике и инструменте, например:

  • в стиральной машине типа «малютка» и других старых советских моделей;
  • в бетономешалке;
  • в вентиляторе;
  • в вытяжке;
  • и даже в газонокосилках верхнего ценового сегмента.

На производстве в трёхфазных сетях:

  • автоматические задвижки;
  • грузоподъёмные механизмы (краны и лебедки);
  • вентиляция;
  • компрессоры;
  • насосы;
  • дерево- и металообрабатывающие станки и другое.
  1. Также АД используется в электротранспорте, а в последнее время в интернете активно рекламируют асинхронный двигатель с обмоткой типа «Славянка» и, так называемое, мотор-колесо Дуюнова, о чем вы можете узнать из видеоролика разработчика.
Читайте также:  Ваз 21102 не заводится при горячем двигателе

Область применения асинхронных двигателей настолько обширна, что один только список будет длиннее чем эта статья, поэтому каждый электрик должен знать, как он устроен, для чего нужен и где применяется. Подведем итоги и перечислим плюсы и минусы этих устройств.

Плюсы:

  1. Простая конструкция.
  2. Низкая стоимость.
  3. Почти не требуют обслуживания.

Главный недостаток — сложность регулировки оборотов, по сравнению с теми же двигателями постоянного тока или универсальными коллекторными машинами. Соответственно и сложно организовать плавный пуск больших машин, и чаще это делают с помощью дорогого частотного преобразователя.

На этом мы и заканчиваем рассмотрение асинхронных электродвигателей и их области применения. Надеемся, после прочтения статья вам стало понятно, что это такое и как работает данная электрическая машина!

Материалы по теме:

Асинхронный двигатель: конструкция, применение, принцип работы

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 синхронного двигателя

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.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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.

Регулировка оборотов асинхронного двигателяАсинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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.

Виды электродвигателей: устройство, принцип работы

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).

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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.

Назначение и принцип действия асинхронного двигателя

Подробности Категория: Электрические машины

Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным.

Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним.

Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами.

Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.

Принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

Обозначим: п, — частота вращения магнита (синхронная частота), об/мин; п2 — частота вращения диска, об/мин; п — разность частот вращения магнита и диска, об/мин.

Частота вращения диска меньше частоты вращения магнита, и, следовательно, диск вращается с несинхронной (асинхронной) частотой. Разница частот магнита и диска представляет собой частоту, с которой м.с.л. пересекают витки диска. Отношение разницы частот к синхронной частоте называется скольжением. Скольжение может быть выражено в долях единицы или в процентах:

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

В двигателях вращающееся магнитное поле создается трехфазным током, протекающим по обмотке статора, а роль диска выполняет обмотка ротора. Активная сталь статора и ротора служит магнитопроводом, уменьшающим в сотни раз сопротивление магнитному потоку.

Под влиянием подведенного к статору напряжения сети Ul в его обмотке протекает ток I,. Этот ток создает вращающийся магнитный поток Ф, замыкающийся через статор и ротор. Поток создает в обеих обмотках э.д.с. Е{ и Е2, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Таким образом, асинхронный двигатель подобен трехфазному трансформатору, в котором э.д.с. создаются вращающимся магнитным потоком.

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы Рис. 2 . Работа асинхронного двигателя при cos ф2 = 1 Пусть поток вращается в направлении движения стрелки часов. Под влиянием э.д.с. Е2 в обмотке ротора пойдет ток I2, направление которого показано на рис. 2. Предположим, что он совпадает по фазе с Е2. Взаимодействие тока I2 и потока Ф создает электромагнитные силы F, приводящие ротор во вращение, вслед за вращающимся потоком. Таким образов, асинхронный двигатель представляет собой трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой и способный поэтому превращать электрическую мощность E2I2 cos ф в механическую. Ротор всегда отстает от вращающегося магнитного потока, так как только в этом случае может возникать э.д.с. Е2, а следовательно, ток 12 и силы F. Чтобы изменить направление вращения ротора, следует изменить направление вращения потока. Для этого меняют местами два любых провода, подводящие ток от сети к статору. В этом случае меняется порядок следования фаз ABC на АСВ или ВАС, и поток вращается в обратную сторону.Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы Теоретически скольжение меняется от 1 до 0 или от 100% до 0, так как при неподвижном роторе в первый момент пуска п2 — 0; а если вообразить, что ротор вращается синхронно с потоком, п2 = пх.

Читайте также:  Ваз 2107 как проверить заклинило двигатель или нет

Чем больше нагрузка на валу, тем меньше скорость ротора п2 и следовательно больше S, так как больший тормозной момент должен уравновеситься вращающим моментом; последнее возможно только при увеличении Е2 и I2, а значит и S. Скольжение при номинальной нагрузке SH у асинхронных двигателей равно от 1 до 7%; меньшая цифра относится к мощным двигателям.

Асинхронный электродвигатель — устройство, принцип работы, виды асинхронных двигателей

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

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы

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

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

Где применяются?

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

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

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

Что такое «скольжение»?

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

Будет интересно➡  Малоизвестные факты о двигателях постоянного тока

Устройство асинхронного двигателя

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

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы Из чего состоит асинхронный электродвигатель

Статор

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

Двигатели статора имеют фазные и короткозамкнутые роторы.

Устройство статора

  1. Первое это корпус, изготовленный из чугуна, но часто встречаются корпуса из алюминия.
  2. Далее идет сердечник из пластин, которые изготовлены из электротехнической стали в толщину 0,5 миллиметров.

    Пластины сердечника скреплены скобками или же швами, покрыты изоляционным лаком, закреплены в станине при помощи стопорных болтов.

  3. Ну и последнее в устройстве статора– обмотки, сдвинутые друг к другу на 120 градусов, как правило, в устройстве их не более трех, они вложены в пазы на внутренней стороне самого сердечника, изготовлены из изолированного медного, алюминиевого провода круглого/квадратного сечения.

Сердечник статора

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Будет интересно➡  Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Ротор

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

Также бывают еще разновидности ротора:

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

Как сделан фазный ротор

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

Что лучше короткозамкнутый или фазный: совместная работа ротора и статора

Здесь стоит отметить, что особенных преимуществ нет ни у одного ротора, каждый хорош по-своему.

Более подробно на них останавливаться не будем, так как вся необходимая информация по этим двум разновидностям ротора уже была дана выше в статье.

остановим внимание на том, как регулируется частота вращения ротора. Это можно сделать при помощи изменения так называемого дополнительного сопротивления самой цепи ротора.

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

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

Классификация по типу ротора

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

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

Будет интересно➡  Все что нужно знать о шаговых электродвигателях

Линейные моторы

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

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

Подключение двигателя к питанию

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

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

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель назначение конструкция и принцип работы Какие недостатки и достоинства у асинхронных электродвигателей

Достоинства:

  • прежде всего, их легко использовать и никаких сложностей при эксплуатации не возникает
  • конструкция двигателей очень простая и это еще одно их преимущество, а также нельзя не отметить их низкую себестоимость (порой это имеет большое значение для покупателей, так что это еще один плюс таких двигателей)
  • надежность

Недостатки:

  • модели оснащены маленьким пусковым механизмом
  • выдают высокой спусковой ток
  • очень сильно чувствительны к возможной смене параметров в сети
  • для плавного регулирования скорости нужен преобразователь вероятных частот

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

Заключение

Асинхронный двигатель: определение, назначение и особенность конструкции привода

  • Асинхронные двигатели — это надёжные в работе устройства, которые применяются как на машинах промышленного производства, так и в конструкциях обычной бытовой техники (типичным примером являются стиральные машины).
  • Асинхронные двигатели обладают высоким коэффициентом полезного действия, и из-за их частого применения новичкам в электрике лучше подготовиться к работе с такими типами элементов в конструкциях различных машин.
  • О принципах работы этого элемента расскажем в нашей статье.

Какие бывают

Есть несколько группы асинхронных приводов. К ним относят следующие:

  1.  Асинхронные приводы, в конструкциях которых есть короткозамкнутый ротор.
  2. Асинхронные приводы, в конструкциях которых есть фазный ротор.

Главные различия групп основаны на том, что первого типа не обладают щётками и выраженными обмотками. Можно сказать, что эта группа менее капризна, поскольку её проще обслуживать и ремонтировать.

Читайте также:  Двигатель бензокосы глохнет при наборе оборотов

Устройства второй группы обладают тремя обмотками, которые соединены с кольцами контактов, при этом ток в них снимается с помощью щёток. Во второй группе регулировать моменты значительно проще, при этом запуск обладает высокой плавностью.

Существуют и иные способы классификаций асинхронных двигателя.

Их можно различать по следующим характеристикам:

  1. Сколько в асинхронном приводе фаз питания. Соответственно, встречаются с одной, двумя или тремя фазами. Устройство на две фазы используются в стандартных сетях на двести двадцать вольт. На три фазы чаще используют в машинах на промышленном производстве, поскольку напряжение там выше.
  2. Способы крепления. Закреплять асинхронный привод можно с помощью фланца, специальной детали для закрепления, и с помощью лап.
  3. Различия по режимам работы.

Двигатели асинхронные работают в следующих режимах:

  • длительный режим работы;
  • кратковременный режим работы;
  • повторяющийся кратковременный режим работы.

Существуют и другие параметры, по которым можно относить асинхронные двигатели к разным группам.

Обычно двигателям с одной фазой уделяют больше внимания. Они могут подключаться самыми разными способами, как через конденсаторы, так и через рабочие ёмкости. Виток данного вида коротко замкнут, то есть работать без конденсаторов (актуально для вытяжек).

Подробнее о конструкции

Асинхронные двигатели работают в цепях с переменным током. Название они получили от ротора, которые вращается гораздо медленнее, чем поле в статоре, обеспечивая несинхронное вращение. Для лучшего понимания нужно рассмотреть элементы двигателя.

Во всех асинхронных приводах есть роторы и статоры. Можно сказать проще:

  1.  Статоры являются неподвижным элементом любых генераторов и электрических двигателей.
  2. Роторы являются вращающимся элементом, который обеспечивает движение в генераторах и электрических асинхронных устройствах.

Статоры включают в себя корпус. На торцах корпус закрывают щитами подшипника, кроме того, там же устанавливают сами подшипники.

Подшипники могут скользить или раскачиваться. Кроме того, в корпусах располагают сердечники с обмотками. Они и являются обмотками статора.

Поскольку токи являются переменными, необходимо снижать потери, возникающие при блуждающем токе, или токе Фуко. Для этого сердечники изготавливают из ряда пластинок, которые изолированы между собой окалинами и скрепляются лаком.

Обмотки принимают напряжение питающего напряжения. Проходящий через эту часть конструкции ток называется током статора.

Обмотки встречаются разного количества, от одной до необходимого числа. Нужное число обмоток зависит от того, сколько в двигатели будет фаз питания.

У асинхронных приводов с тремя фазами существует по три обмотки, соединённых схемами треугольником и звездой. При этом количество обмоток повлияет на скорость вращений на вале.

Роторы бывают разными. Разделяют фазный ротор и ротор короткого замыкания.

Ротор короткого замыкания обладает стержнями из металла (металл может быть разным, например, алюминий или медь).

На рисунке обозначен двойкой. Сердечник располагается под номером один и он связан с ротором. Они замкнуты с помощью кольца под номером три.

Благодаря такому типу конструкции создаётся колесо, напоминающее колесо для бега мелких домашних животных.

Из-за этого иногда данную деталь называют беличьим колесом. При этом стрежни в части размещают немного под углом, для уменьшения гармоники электродвижущей силы и пульсаций магнитных полей.

В чём отличие этого ротора от фазного ротора? На фазных обычно уже есть 3 обмотки, как и у статора. Обмотки соединяются с кольцами, как правильно медными, которые прессуют на вале электродвигателя.

Кольца вала соединяются с механизмами, которые приводя конструкцию в движение. Форма может быть как кинической, так и цилиндрической, чтобы можно было правильно соединить деталь с остальной конструкцией.

С обратной стороны вала расположена крыльчатка, благодаря которой происходит обдув и охлаждение. Сверху  чаще всего на крыльчатку надет кожух.

Благодаря этому прохладная струя воздуха направлена вдоль устройства. Если вентилятор не придёт в движение, двигатель перегреется и выйдет из строя.

Как работает

Принцип работы устройства непосредственно связан с индукцией. Из-за того, что магнитные поля в отдельных частях устройства взаимодействуют, асинхронные электрические приводы начинают вращаться.

Поле возникает вокруг проводников или постоянных магнитов с помощью проходящего через эти элементы электрического тока. Подробнее рассмотрим работу элемента.

Обмотки для возбуждения системы в данном двигателе нет. Из-за этого многие задаются вопросом, как вообще может работать асинхронный привод. Объясняется это тем, что электрический асинхронный двигатель является своего рода трансформатором.

Особенности действия лучше объяснять на примере устройств с тремя фазами, поскольку они используются чаще других.

Обмотки в сердечниках располагаются следующим образом (хотя само по себе расположение можно считать условным):

  1. Ток с тремя фазами протекает через обмотки, помогая созданию вращающегося магнитного поля. Фазы сдвигаются, благодаря чему ток может проходить по разным обмоткам. При этом в возникших магнитных полях полюса направляются по правилу правой руки. Они идут в ту сторону, согласно которой установлена определённая обмотка. На графике изменение положений и прохождение тока выглядит следующим образом:
  2. В двигателях с двумя полюсами обмотки смещаются на сто двадцать градусов по сравнению с каждой идущей до неё обмоткой. Углы сдвигов фаз напряжения в сетях с переменным током при этом тоже меняются.

Магнитные поля статоров обладают синхронной скоростью вращения. Более наглядно увидеть принцип работы вращения можно в следующем видео.

При этом помните, что в двигателях с одной и двумя фазами вращение не происходит. Кроме того, они обладают не тремя, а всего двумя обмотками.

Если в двигателе установлен ротор с коротки замыканием, в стержне статоров появляется электродвижущая сила. Из-за замкнутости по части проходить электрический ток, влияющий на появление магнитного поля.

Из-за того, что сила тока и несколько полей взаимодействуют между собой, ротор начинает вращаться, следуя за вращением магнитного поля статора. Хотя от статора он всё же немного отстаёт, поэтому можно сказать, что он скорее скользит.

Скорость вращений магнитных полей считают синхронной скоростью. Получается, что ротор вращается уже асинхронно, из-за чего двигатель и назвать именно так.

Ротор на фазу работает примерно по тому же принципу. Главное отличие в том, что кольца фазного ротора соединены с реостатом. Реостат выходит из цепи в процессе работы устройства, благодаря чему обмотки могут замыкаться.

Благодаря этому двигатель запускается, пусковой ток значительно снижается благодаря повышению сопротивления в роторе.

Итак, можно прийти к следующим выводам:

  • Благодаря току в обмотке двигателя появляются магнитные поля.
  • Магнитные поля рождают токи в роторах.
  • Благодаря токам в роторе магнитные поля образуются вокруг этого элемента двигателя.
  • Статор вращается из-за своего поля.
  • Это приводит к тому, что ротор тоже вращается, поскольку следует за магнитным полем статора.

Подробнее о скольжении и скорости вращения элементов

Допустим, что n1 обозначается частоты вращений магнитных полей в статоре. Они больше, чем в роторе. Частоту вращений в роторе обозначим n2. Для того, чтобы определить разницу между ними, надо найти скольжение.

При этом скольжение в этом случае не является минусом для двигателя. Если бы вращение было синхронным, в стержне не появлялся бы ток, поэтому двигатель не начал бы свою работу.

Частота является одной из ключевых характеристик для ротора двигателя. Её работу характеризуют три единицы:

  1. Частота напряжений в питающих сетях, обозначается f.
  2.  Сколько есть пар магнитных полюсов, обозначается p.
  3.  Значение скольжения, обозначается S.

Магнитные пары и их количества напрямую зависят от количества обмоток в статоре. Значение скольжения напрямую зависит от того, как сконструирован двигатель и можно сказать, что асинхронные скорости слегка меньше синхронных скоростей.

Частоты в переменном токе равняются пятидесяти герцам, поскольку это фиксированная величина.

По этой причине почти невозможно воздействовать на вращение в асинхронном двигателе. Однако можно оказывать влияние на частоты в питающей сети, с помощью частотного преобразователя.

С помощью этого элемента можно понизит напряжение в статоре, но это повлияет на снижение мощности в двигателе и потерю коэффициента полезного действия всего устройства.

Варианты электрического двигателя могут быть следующими:

  1. Одна пара полюсов, то есть три тысячи оборотов в минуту.
  2. Две пары полюсов, то есть полторы тысячи оборотов в минуту.
  3. Три пары полюсов, то есть тысяча оборотов в минуту.
  4. Четыре пары полюсов, то есть семьсот пятьдесят оборотов в минуту.

На самом деле вращение будет немного более сниженным, обычно информацию о вращении можно найти на маленькой табличке на корпусе электрического двигателя.

Где используют

Как мы уже писали выше, сегодня такие типы двигателя встречаются повсеместно. Двигатели, которые могут быть запитаны однофазно, встречаются в самых разных устройствах.

Обычно в тех, которым нужна малая мощность для работы. Обычно это приборы, которые люди каждый день используют в условиях быта:

Маленькие стиральные машины, либо старые модели.

  1. Машина для размешивания бетона.
  2.   Вентиляторы.
  3.  Вытяжки.
  4. Современные косилки газонов.

В промышленно производстве:

  1.  Задвижки автоматики.
  2.  Устройства для поднятия больших грузов, например, лебёдки.
  3. Вентиляционные устройства.
  4.  Компрессор.
  5. Насос.
  6.  Станки для различного рода обработки, например, для обработки дерева и металла.

Асинхронные двигатели используют в электрическом транспорте. Причём сегодня можно встретить самые разные модели двигателей для таких устройств. Подробнее о том, как выглядят и работают такие двигатели, можно увидеть в видео.

  1. Даже в наших примерах нельзя достаточным образом описать, где ещё используют двигатели, потому что они действительно встречаются довольно часто.
  2. Именно по этой причине необходимо знать об устройствах двигателей не только специалистам, но и новичкам в электрике.
  3. В заключение упомянем о достоинствах и недостатках двигателей.
  4. К достоинствам относят:
  • Они обладают простой конструкцией;
  • Цена считается демократичной;
  • Не нужно постоянное обслуживание.

Основным минусом является регулировка оборотов. У устройств с постоянным током регулировка гораздо проще. Поэтому и большие устройства сложно запускать, обычно это происходит с использованием преобразователей.

Это основные моменты, которые следует знать об асинхронном приводе и принципе его функционирования. Важно тщательно исследовать устройство данного типа, поскольку оно встречается в широком спектре электрических машин!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector