Асинхронный двигатель принцип работы электротехника

Подробности Категория: Учеба

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, называют электромашинный и генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую — электродвигателями.

Применяют также электрические машины для преобразования электрической энергии одних параметров в другие, которые называют преобразователями. Преобразовываться могут: род тока, частота, напряжение, число фаз и другие параметры электроэнергии. Электрические генераторы приводятся во вращение паровыми и водяными турбинами, двигателями внутреннего сгорания и др.

Электродвигатели служат для приведения в действие станков, различных машин, транспортного оборудования и др. К электрическим машинам часто относят также трансформаторы — статические аппараты, не имеющие движущихся частей, но по своему устройству и принципу действия имеющие много общего с электрическими машинами. Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е.

могут работать генератором, если их вращать каким-либо двигателем или если к ним подводить электроэнергию, могут использоваться как электродвигатели. Однако при проектировании электромашин учитывают требования, предъявляемые особенностями их работы генератором или электродвигателем. Электрические машины подразделяются на машины переменного тока и машины постоянного тока.

Электрические машины переменного тока разделяют на синхронные, асинхронные и коллекторные. Наибольшее применение имеют синхронные генераторы переменного трехфазного тока и трехфазные асинхронные электродвигатели. Коллекторные электродвигатели переменного тока имеют ограниченное применение вследствие сложности устройства, обслуживания и более высокой стоимости.

Основным их преимуществом является возможность регулирования скорости вращения в широких пределах, что затруднительно в асинхронных двигателях. Электрические машины постоянного тока представляют собой сочетание машин переменного тока с механическим выпрямителем- коллектором, являющимся неотъемлемой частью этих машин.

С помощью коллектора переменный ток преобразуется в постоянный ток. Электрические машины постоянного тока имеют ограниченную область применения вследствие более высокой стоимости этих машин и их эксплуатации по сравнению с машинами переменного тока.

ГЛАВА СЕДЬМАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Асинхронные электродвигатели переменного тока были изобретены и впервые применены русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г.

Асинхронные электродвигатели переменного трехфазного тока вследствие простоты устройства и эксплуатации, надежности действия и низкой стоимости по сравнению с электродвигателями других конструкций, получили самое широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и для привода строительных машин и механизмов.

Питание электродвигателей переменного тока производят через трансформаторы непосредственно от районных электросетей, что уменьшает потери электроэнергии, имеющейся при применении двигателей постоянного тока.

В последнем случае помимо трансформации высокого напряжения переменного тока применяется его преобразование в постоянный ток, связанное с дополнительными потерями электроэнергии. Асинхронные электромашины, присоединенные к электросети, как и все электрические машины, обладают свойством обратимости, т. е. могут работать как двигатели и как генераторы. В первом случае электроэнергия, получаемая из сети, расходуется на приведение электродвигателя во вращение, во втором случае вращение ротора асинхронной машины с помощью механического двигателя (внутреннего сгорания или парового) с определенной скоростью приводит к получению электроэнергии, передаваемой в электросеть.

Примером работы асинхронной машины в качестве электродвигателя и электрогенератора может быть подъемный кран. При подъеме груза машина работает как электродвигатель, потребляя электроэнергию из сети.

Эта же машина может при известных условиях работать генератором, если под весом опускаемого груза ее ротор будет вращаться со скоростью, превышающей определенную величину.

В последнем случае энергия будет передаваться в электросеть (рекуперация энергии).

§ 7.1. Принцип действия асинхронного электродвигателя

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на явлении вращающегося магнитного поля, описанном в гл. 5. Вращающееся магнитное поле может быть двухполюсным, четырехполюсным, шестиполюсным и т. д. Скорость вращения поля определяется соотношением

(7.1)

где η — скорость вращения поля, об/мин; f — частота трехфазного тока; р — число пар полюсов, В асинхронном электродвигателе катушки из провода, необходимые для получения вращающегося магнитного поля, размещаются на неподвижной части двигателя — его статоре. В качестве примера на рис. 7.1 схематически показано размещение шести катушек на статоре асинхронного электродвигателя. Принцип действия асинхронного двигателя состоит в следующем. Во вращающееся двухполюсное магнитное поле помещен один или несколько замкнутых витков (рис. 7.2).   Рис. 7.1. Схема расположения шести катушек на статоре асинхронного электродвигателя Рис. 7.2. Принцип действия асинхронного электродвигателя

На рисунке вращающееся поле условно изображено в виде двух полюсов электромагнита, вращающегося по часовой стрелке. Магнитные силовые линии при вращении поля пересекают виток и по известному нам закону электромагнитной индукции наводят в нем э. д. с. Если замкнуть виток, в нем под действием э. д. с. будет протекать электрический ток.

Направление тока в проводах витка, определяемое по правилу правой руки*, показано на рисунке крестиком и точкой. Магнитный поток, создаваемый током вокруг витка, будет взаимодействовать с вращающимся магнитным полем статора и в результате этого взаимодействия проводник будет двигаться.

Направление механических сил, действующих на проводники, составляющие виток, определяется по правилу левой руки. На рисунке эти силы показаны стрелками. Из рисунка видно, что под действием указанных сил виток будет вращаться в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле.

Скорость вращения витка оказывается близкой к скорости вращения магнитного поля, но не равной ей (несколько меньшей).

Таков принцип действия асинхронного электродвигателя. Двигатель называется асинхронным потому, что его ротор вращается не синхронно с вращающимся магнитным полем, т. е. несколько отстает от него.

Ни при каких условиях синхронного вращения ротора быть не может, так как в этом случае магнитные силовые линии поля не будут пересекать проводники ротора, а следовательно, в них не будет протекать ток, на взаимодействии которого с вращающимся магнитным полем основана работа электродвигателя.

§ 7.2. Конструктивное устройство асинхронных электродвигателей

Асинхронный электродвигатель состоит из следующих основных частей: неподвижной части — статора, вращающейся части — ротора и двух подшипниковых щитов, в которые помещают концы вала ротора (рис. 7.3).

Короткозамкнутый ротор с обмоткой в виде беличьего колеса показан на рис. 7.3. Медные стержни «беличьего колеса» закладываются в пазы ротора и накоротко замыкаются двумя медными торцевыми кольцами (7.3, а).

* Пользуясь в данном случае правилом правой руки, следует учесть, что направление движении проводника относительно линий магнитного поля будет обратно направлению вращения поля, т. е. будет направлено против часовой стрелки.

Рис. 7.4. Стальной лист статора Часто «беличье колесо» ротора выполняется из алюминия, путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием (7.3, б). В чугунный или алюминиевый корпус статора запрессовывается кольцеобразный сердечник, собранный из стальных листов (рис. 7.4), толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака или тонкими листами бумаги.  Из таких же стальных штампованных листов собирают ротор. Сердечники служат магнитопроводом для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора и ротора, которая размещается в пазах, выштампованных в сердечниках. Устройство сердечников из тонких стальных листов приводит к уменьшению вихревых токов, образуемых в них при пересечении магнитными потоками. Обмотка статора выполняется в виде катушек из изолированного провода, заранее заготовленных и уложенных в пазы. Шесть концов трехфазной обмотки статора выводятся наружу и крепятся к контактным зажимам специального щитка на корпусе электродвигателя или снабжаются маркированными наконечниками. Рис. 7.5. Щитки с зажимами асинхронного двигателя Рис. 7.6. Электродвигатель с фазным ротором:

а — ротор с контактными кольцами; б — общий вид

Рис. 7.7. Пружинный щеткодержатель: а—общий вид; б —щетка

Пересоединение обмотки статора позволяет использовать один и тот же электродвигатель при двух напряжениях.

Так, например, если электродвигатель рассчитан на работу при соединении обмоток статора в звезду под напряжением 380 В, то он может развивать ту же мощность и при тех же оборотах под напряжением 220 В при соединении обмоток статора в треугольник.

  Обмотки роторов асинхронных электродвигателей небольшой мощности выполняют короткозамкнутыми, а средней и большой мощности с трехфазной обмоткой из изолированных проводов так же, как и обмотка статора. На рис. 7.

6 показан электродвигатель с фазным ротором, трехфазные обмотки которого выполнены из изолированного провода. Обмотка уложена в пазы ротора так, что концы их соединены в звезду на самом роторе, а начала проводов присоединяются к трем контактным кольцам, насаженным на вал ротора и изолированным от вала и друг от друга.

Ротор с контактными кольцами, называемый также фазным ротором, позволяет включать в свою цепь добавочное сопротивление реостата при пуске электродвигателя или для регулирования его оборотов. Обмотка ротора соединяется с кольцами изолированным проводом, пропущенным через отверстие, высверленное в валу.

По кольцам скользят щетки, через которые обмотка ротора соединяется с реостатом. Щетки изготовляют из угля или смеси угля с графитом. Для машин с контактными кольцами применяются также щетки с содержанием меди или бронзы. На рис. 7.7 показан пружинный щеткодержатель со щеткой и часть контактного кольца. Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором (с контактными кольцами) представлена на рис. 7.8.

§ 7.3. Синхронная скорость вращения и скольжения

При включении асинхронного двигателя в сеть по обмоткам статора начинает протекать ток, создающий вращающийся магнитный поток. Скорость вращения этого потока % определяется формулой, приведенной в § 7.1, и называется синхронной.  Вслед за вращающимся магнитным потоком начинает вращаться ротор со скоростью n2< n1. Отношение

(7.2) называется скольжением, так как показывает, насколько скорость вращения ротора отстает от вращающегося магнитного поля.

В момент включения электродвигателя, когда его ротор еще не стронулся с места, n2 = 0 и s = 1. Если предположить, что ротор вращается со скоростью магнитного поля, то п2 = щ и s = 0. Таким образом, теоретически скольжение меняется от 0 до 1 и от 0 до 100%. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя, т. е.

тормозного момента, скольжение ротора возрастает потому, что только при этом будет увеличиваться э. д. с. в обмотке ротора и ток, обусловливающий вращающий момент. В зависимости от номинальной мощности и типов электродвигателей при полной нагрузке скольжение обычно колеблется в пределах от 2 до 8%.

У выпускаемых промышленностью электродвигателей повышенного скольжения при полной нагрузке скольжение составляет 8—12%.

§ 7.6. Механическая характеристика асинхронного электродвигателя

Для электропривода машин, в том числе и строительных, большое значение имеют механические характеристики электродвигателей. Механической характеристикой называют зависимость скорости вращения электродвигателя от нагрузки на его валу, т. е. п = f (М), или s = f (М), где п — скорость вращения, s — величина скольжения, М — момент вращения, развиваемый двигателем.

Рис. 7.10. Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: Рис. 7.11. Механические характеристики асинхронного электродвигателя с фазным ротором:

1 — естественная характеристика; 2 и 3 — искусственные характеристики

Механические характеристики подразделяются на естественные и и с к у с с т в е н н ы е. Естественной называют такую характеристику электродвигателя, которая образуется без какого-либо изменения схемы его включения (т. е. без введения дополнительного сопротивления в его цепи или изменения величины подводимого напряжения и др.).

Искусственными же называют характеристики, получаемые изменением указанных выше величин (дополнительных сопротивлений, величины подводимого напряжения и т. д.). На рис. 7.10 приведены механические характеристики асинхронных электродвигателей. На рис. 7.10 показана естественная характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором.

На участке кривой характеристики а — б — в, соответствующей устойчивой работе двигателя при увеличении вращающего момента от нуля до максимального его значения, скорость вращения уменьшается незначительно. Такая ме ханическая характеристика называется жесткой.

Итак, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обладает жесткой механической характеристикой.

На рис. 7.11 показаны механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Кривая 1 — естественная характеристика этого двигателя аналогична рассмотренной выше характеристике двигателя с короткозамкнутым ротором.

Остальные кривые 2 и 3 представляют собой искусственные (так называемые — реостатные) механические характеристики того же двигателя, получаемые введением в цепь ротора дополнительных сопротивлений: RY и /?2, причем /?2 > Rx.

Как видно из рисунка, искусственные характеристики изменяют характер зависимости п = f (М): при увеличении момента М скорость вращения п значительно уменьшается и тем скорее, чем больше дополнительное сопротивление, вводимое в цепь ротора. Такого рода характеристики называются мягкими.

Итак, у асинхронного электродвигателя с фазным ротором есть жесткая естественная механическая характеристика и мягкие искусственные механические характеристики, получаемые при введении в цепь ротора дополнительных сопротивлений: при одном и том же значении М скольжение s, а следовательно, и скорость вращения п могут быть различными. Это свойство двигателя используется в качестве одного из способов регулирования числа оборотов асинхронных двигателей (см. следующий параграф).

Принцип работы асинхронного двигателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта http://zametkielectrika.ru.

Электрические машины переменного тока нашли широкое распространение, как в сфере промышленности (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы, компрессоры), так и в домашних условиях (сверлильный и наждачный станки, циркулярная пила).

Основная их часть является бесколлекторными машинами, которые в свою очередь разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные и синхронные электрические машины обладают одним замечательным свойством под названием обратимость, т.е. они могут работать как в двигательном режиме, так и в генераторном.

Но чтобы дальше перейти к более подробному их рассмотрению и изучению, необходимо знать принцип их работы. Поэтому в сегодняшней статье я расскажу Вам про принцип работы асинхронного двигателя. После прочтения данного материала Вы узнаете про электромагнитные процессы, протекающие в электродвигателях.

Итак, поехали.

С устройством асинхронного двигателя мы уже знакомились, поэтому повторяться второй раз не будем. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

При подключении асинхронного двигателя в сеть необходимо его обмотки соединить звездой или треугольником. Если вдруг на выводах в клеммнике отсутствует маркировка, то необходимо самостоятельно определить начала и концы обмоток электродвигателя.

При включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

• f — частота питающей сети, Гц
• р — число пар полюсов

Это вращающееся магнитное поле статора пронизывает, как обмотку статора, так и обмотку ротора, и индуцирует (наводит) в них ЭДС (Е1 и Е2). В обмотке статора наводится ЭДС самоиндукции (Е1), которая направлена навстречу приложенному напряжению сети и ограничивает величину тока в обмотке статора.

Как Вы уже знаете, обмотка ротора замкнута накоротко, у электродвигателей с короткозамкнутым ротором, или через сопротивление, у электродвигателей с фазным ротором, поэтому под действием ЭДС ротора (Е2) в ней появляется ток. Так вот взаимодействие индуцируемого тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитную силу Fэм.

Направление электромагнитной силы Fэм можно легко найти по правилу левой руки.

Правило левой руки для определения направления электромагнитной силы

На рисунке ниже показан принцип работы асинхронного двигателя. Полюса вращающегося магнитного поля статора в определенный период обозначены N1 и S1. Эти полюса в нашем случае вращаются против часовой стрелки. И в другой момент времени они будут находится в другом пространственном положении. Т.е. мы как бы зафиксировали (остановили) время и видим следующую картину.

Токи в обмотках статора и ротора изображены в виде крестиков и точек. Поясню. Если стоит крестик, то значит ток в этой обмотке направлен от нас. И наоборот, если точка, то ток в этой обмотке направлен к нам. Пунктирными линиями показаны силовые магнитные линии вращающегося магнитного поля статора.

Устанавливаем ладонь руки так, чтобы силовые магнитные линии входили в нашу ладонь. Вытянутые 4 пальца нужно направить вдоль направления тока в обмотке. Отведенный большой палец покажет нам направление электромагнитной силы Fэм для конкретного проводника с током.

На рисунке показаны только две силы Fэм, которые создаются от проводников ротора с током, направленным от нас (крестик) и к нам (точка). И как мы видим, электромагнитные силы Fэм пытаются повернуть ротор в сторону вращения вращающегося магнитного поля статора.

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен от нас (крестик).

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен к нам (точка).

Совокупность этих электромагнитных сил от каждого проводника с током создает общий электромагнитный момент М, который приводит во вращение вал электродвигателя с частотой n.

Эта частота называется, асинхронной.

Отсюда и произошло название асинхронный двигатель. Частота вращения ротора n всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора n1, т.е. отстает от нее. Для определения величины отставания введен термин «скольжение», который определяется по следующей формуле:

Выразим из этой формулы частоту вращения ротора:

Пример расчета частоты вращения двигателя

Например, у меня есть двигатель типа АИР71А4У2 мощностью 0,55 (кВт):

• число пар полюсов у него равно 4 (2р=4, р=2)
• частота вращения ротора составляет 1360 (об/мин)

Вот его бирка.

Определим частоту вращения поля статора этого двигателя при частоте питающей сети 50 (Гц):

Найдем величину скольжения для этого двигателя:

Кстати, направление движения вращающегося магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения вала электродвигателя, можно изменить. Для этого необходимо поменять местами любые два вывода источника питающего трехфазного напряжения. Об этом я упоминал Вам в статьях про реверс электродвигателя и чередование фаз.

Принцип работы асинхронного двигателя. Выводы

Зная принцип работы асинхронного двигателя, можно сделать вывод, что электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения вала электродвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора, а следовательно и ротора, напрямую зависит от числа пар полюсов и частоты питающей сети. Если число пар полюсов ограничивается типом двигателя (р = 1, 2, 3 и 4), то частоту питающей сети можно изменить в большем диапазоне, например, с помощью частотного преобразователя.

Если в нашем примере частоту питающей сети увеличить всего на 10 (Гц), то частота вращения магнитного поля статора увеличится на 300 (об/мин).

Опыт по установке и монтажу частотных преобразователей у меня есть, но не большой. Несколько лет назад на городском водоканале мы проводили замену двух высоковольтных двигателей насосов холодной воды на низковольтные двигатели с частотными преобразователями. Но это уже отдельная тема для разговора. Сейчас покажу Вам несколько фотографий.

• Вот фотография старого высоковольтного двигателя напряжением 6 (кВ).
• А это новые двигатели напряжением 400 (В), установленные вместо старых высоковольтных.

Вот шкафы частотных преобразователей. На каждый двигатель свой шкаф. К сожалению, изнутри сфотографировать не успел.

Подписывайтесь на рассылку новостей с моего сайта, чтобы не пропустить самое интересное. В ближайшее время я расскажу Вам про пуск и способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей двигателей, схемы их подключения и многое другое.

P.S. На этом статью про принцип работы асинхронного двигателя я завершаю. Спасибо за внимание.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели, подключаемые к однофазной или трехфазной сети переменного тока, используются для привода механизмов бытовой техники и промышленного оборудования. Установленный на подшипниковых опорах ротор вращается с частотой, отличной от количества оборотов магнитного поля, создаваемого зафиксированными обмотками статора.

Асинхронный двигатель.

Что такое асинхронный двигатель

Асинхронный электродвигатель представляет собой машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. Агрегат состоит из металлического немагнитного корпуса цилиндрической конфигурации, на внешней поверхности которого расположены ребра для охлаждения.

Внутри кожуха находится обмотка, подключаемая к бытовой или промышленной сети переменного тока. С торцов корпус закрыт крышками, в которых предусмотрены постели для подшипниковых опор.

Могут использоваться подшипники качения или скольжения с ручной или автоматической подачей масла.

Ротор, изготовленный из электротехнической стали установлен на подшипниках, обеспечивающих снижение трения и поддерживающих равномерный интервал между внешней поверхностью детали и внутренней плоскостью статора.

В схеме узла предусмотрена обмотка (короткозамкнутого или фазного типа). В короткозамкнутых конструкциях отсутствуют коллектор и щетки, что увеличило надежность мотора.

В фазных предусмотрено использование коллекторного узла, что позволяет повысить пусковой вращающий момент.

Устройство асинхронного двигателя.

История создания

Теоретическая база асинхронной электрической установки была разработана в 1888 г. итальянским техником Г. Феррарисом и ученым Николой Тесла, причем специалисты вели исследования параллельно. Изначальные расчеты показали низкий КПД устройства, но российский инженер М.

О. Доливо-Добровольский опроверг это предположение. Уже в 1889-90 гг. изобретатель из России получает несколько патентов на асинхронные силовые установки, а в 1903 г. в Новороссийске начинает работать элеватор с механизмами, оснащенными трехфазными асинхронными моторами.

Область применения

Основные сферы применения электромоторов асинхронного типа:

• для привода шпинделей и вспомогательных механизмов металлообрабатывающих станков;
• для обеспечения движения конвейерных лент;
• для вращения рабочих колес вентиляторов и насосов, перекачивающих воду и агрессивные жидкости;
• для передачи крутящего момента к лебедкам грузоподъемной техники;
• для привода механизмов в автоматических системах.

Асинхронный двигатель в работе.

Типы двигателей

Основные типы двигателей асинхронного типа:

1. Мотор однофазного типа, оборудованный ротором с короткозамкнутой намоткой. В конструкции статора предусмотрена рабочая намотка для 1-й фазы, но для раскрутки вала двигателя используется пусковой элемент. Дополнительные витки провода подключаются через конденсатор или катушку индуктивности. Схема коммутации обеспечивает сдвига фаз, позволяющий провернуть стальной ротор.
2. Двигатель двухфазного или конденсаторного типа, отличающийся повышенной эффективностью при коммутации к бытовой сети переменного тока напряжением 220 В. В конструкции статора предусмотрены 2 катушки, смонтированные под углом 90°. Первичная намотка коммутируется к сети напрямую, а вторичная подсоединяется через емкость, обеспечивающую смещение фазы.
3. Агрегат трехфазного типа оборудован 3 неподвижными обмотками, установленными через 120°. После подачи напряжения формируется вращающееся магнитное поле, обеспечивающее поворот вала с короткозамкнутыми витками провода. Выводы статора соединяются “звездой” или “треугольником”, что допускает применение электромотора при напряжении 220 или 380 В. Изделия подобной конструкции используются в станках и грузоподъемных механизмах.
4. Трехфазная машина с фазной обмоткой оснащается подвижным ротором с сердечником с пазами, в который уложены витки медного провода. В остальных конструкциях в сердечнике находятся алюминиевые элементы. Концы проводки, соединенной “звездой” выведены на коллекторные кольца, которые изолированы от стальной оси двигателя. При помощи щеток на кольца подается переменное напряжение, обеспечивающее при пуске увеличенный крутящий момент. Устройства используются в механизмах, включаемых под нагрузкой (например, лебедки лифтов).

Однофазный двигатель.

Существуют моторы с питанием роторных катушек при помощи несимметричного раствора щеток. В конструкции подвижного элемента установлены 2 катушки, которые подключены к внешней сети и к вторичной неподвижной намотке на статоре. Конструкция позволяет регулировать частоту вращения, но отличается повышенной сложностью и требует регулярного обслуживания.

Изделия использовались в 30-40-х гг. прошлого столетия для привода промышленного оборудования, но затем были вытеснены стандартными электродвигателями с фазными роторами.

Принцип работы

При подведении напряжения к неподвижным обмоткам трехфазного мотора асинхронного типа в фазах формируется магнитное переменное поле. Поток изменяется в соответствии с частотой подведенного тока.

Поскольку в конструкции узла использованы 3 катушки, то сформированные потоки имеют смещение по времени и пространству на 120°.

Итоговый индукционный поток вращается, пересекая центральный подвижный сердечник и обеспечивая наводку разницы потенциалов в коротко замкнутых проводниках, расположенных в теле ротора.

Поскольку цепи замкнуты, то электродвижущая сила формирует ток, вступающий во взаимодействие с подвижным магнитным полем от намотки статора.

В результате искажения поля формируется крутящий момент, стремящийся провернуть вал в сторону движения магнитной индукции от неподвижной обмотки.

Нарастающий крутящий момент преодолевает силы торможения ротора (из-за веса детали, приложенной внешней нагрузки и силы трения в подшипниковых опорах), что приводит к началу раскрутки вала двигателя.

https://youtube.com/watch?v=uXwamyaiUKo%3Frel%3D0

Устройство асинхронного двигателя

Корпус мотора отличается из серого чугуна или алюминиевого сплава, встречаются стальные конструкции сварного типа.

Поскольку при прохождении тока через катушки происходит нагрев деталей, то на поверхности кожуха предусматриваются продольные ребра, обеспечивающие повышенный теплообмен.

Внутренняя поверхность корпуса предназначена для установки сердечника статора, который установлен с натягом и дополнительно закреплен резьбовыми соединениями.

Сердечник собирается из деталей, полученных методом штамповки из листов электротехнической стали толщиной до 0,5 мм. Заготовки покрываются слоем специального лака, а затем соединяются в пакеты. Для фиксации элементов используются заклепки, скобы или сварка.

Конструкция сердечника обеспечивает снижение вихревых токов, формирующихся при перемагничивании узла вращающимся магнитным полем.

В конструкции пакета предусмотрены пазы, в которые укладываются витки провода, соединенные между собой на торцевых кромках (за пределами сердечника).

Ротор собран из элементов, отштампованных из стали (шихтованная схема), которые надеты на вал из конструкционной стали.

Элементы не имеют диэлектрического покрытия, поскольку генерируемые вихревые токи имеют небольшую частоту. Ось имеет поверхности, предназначенные для установки внутренних колец подшипников качения.

Внешние концы вала нужны для установки шкивов или иных приспособлений для передачи крутящего момента. На тыловой части оси устанавливается вентилятор, обеспечивающий дополнительное охлаждение двигателя.

Конструкция асинхронного электродвигателя.

Процессы в асинхронной машине

Основные процессы, протекающие в электродвигателе асинхронного типа:

1. Сформированное неподвижными катушками статора индукционное поле совершает вращательное движение относительно покоящегося корпуса мотора, способствуя наведению разницы потенциалов в проводниках, установленных в роторе. Параметр зависит от количества витков провода в катушке, частоты тока и значения магнитного поля. В расчетную формулу вводится поправочный коэффициент, учитывающий потери внутри катушек.
2. Фаза неподвижной катушки находится в состоянии электрического равновесия, описываемого уравнением. При расчете учитываются значения напряжения во внешней сети и на входе в обмоточный провод, также на расчет оказывает влияние активное и индуктивное сопротивления катушек и сила тока в цепи. Формирующийся магнитный поток находится в зависимости от напряжения в катушках и частоты электрического тока, но на него не влияют режимы работы или замедляющий момент, приложенный к валу электродвигателя.
3. В неподвижной роторной части частота наведенной электродвижущей силы соответствует частоте внешнего источника питания. По мере увеличения частоты вращения происходит корректировка частоты ЭДС пропорционально корректировке величины скольжения. Максимальное значение частоты достигается в момент начала вращения вала. Напряжение электродвижущей силы изменяется аналогично. Соотношение ЭДС в неподвижных катушках и в проводниках ротора называется коэффициентом трансформации.
4. Важным эксплуатационным параметром является сила тока в подвижной части, которая зависит от индуктивного и активного сопротивлений, связанных с потоком рассеяния и тепловыми потерями внутри проводников. По мере увеличения скольжения машины происходит нарастание силы тока, кривая отстает от графика изменения значения напряжения электродвижущей силы.
5. Поскольку ротор оборудован несколькими витками проводки, то при наведении тока образуется вращающееся поле. Периодичность вращения индукции от подвижных катушек равняется периодичности вращения поля неподвижных обмоток. За счет этого эффекта достигается неподвижность индукционных потоков относительно друг друга, что позволяет использовать для расчета параметров асинхронного оборудования законы и формулы, выведенные для трансформаторов.

Асинхронная машина схема.

Понятие скольжения

Скольжением асинхронного устройства называется соотношение числа оборотов магнитного поля, сформированного неподвижными катушками, к частоте вращения ротора электродвигателя.

Параметр выражается в процентном соотношении и используется при оценке эффективности работы силового привода. В момент пуска значение равно 100%, но по мере раскручивания вала параметр начинает снижаться. Одновременно уменьшаются значения электродвижущей силы и тока, наводимых в витках ротора, что ведет к падению кривой крутящего момента.

На холостом ходу (без приложения нагрузки) значение скольжения достигает минимального значения, но по мере приложения статической нагрузки параметр увеличивается (из-за замедления периодичности вращения вала электромотора).

При превышении критического значения возникает эффект опрокидывания мотора, приводящий к нестабильной работе устройства.

Процесс изменения скольжения прекращается при уравновешивании электромагнитного момента статора тормозным усилием, приложенным к валу машины.

Условия для получения вращающегося магнитного поля

В пособиях по теории электродвигателей указываются следующие условия для получения магнитного поля:

• применение 2 и более неподвижных обмоток;
• обеспечение смещения фаз тока в каждой из катушек;
• смещение осей катушек в пространстве.

Угол смещения зависит от количества пар полюсов. В простейшей трехфазной машине с единой парой контактов угол сдвига составляет 120°. Введение дополнительной пары полюсов обеспечивает уменьшение угла до 60°. Каждая последующая пара контактных элементов приводит к корректировке значения угла в 2 раза.

Получение вращающегося электромагнитного поля.

Когда возникает электромагнитный момент

Электромагнитный вращающий момент создается в результате взаимодействия тока, наведенного в подвижной части асинхронной машины, с совершающим вращательное движением магнитным полем от неподвижных катушек.

Значения момента находится в пропорциональной зависимости от мощности электрических потерь в роторе. При расчете момента учитывается ряд параметров (например, напряжение в цепи питания и частота тока), которые не меняются в процессе работы электрической машины.

В формуле присутствует коэффициент скольжения, оказывающий влияние на момент.

Его зависимость от скольжения

Кривая зависимости момента от коэффициента скольжения называется механической характеристикой асинхронного электродвигателя. Кривая состоит из участка генераторного режима, двигательного сектора и тормозного участка. Пик крутящего момента соответствует критическому значению скольжения, причем значение момента в режиме генератора выше аналогичного параметра в двигательном состоянии.

Пуск в ход асинхронного двигателя и регулирование частоты вращения

Методика прямого пуска используется на машинах с короткозамкнутой обмоткой ротора. При расчете оборудования обеспечивается пониженная сила тока в цепи, что позволяет избегать повышения температуры и электродинамического усилия.

Способ непосредственного запуска используется на установках с низкой или средней мощностью (не требующих высокого стартового момента).

Для раскрутки мощных электродвигателей методика не применяется, поскольку прямая коммутация приводит к временному падению напряжения во внешней сети на 10-15%.

Способ запуска при пониженном напряжении применяется при использовании моторов средней и высокой мощности в сетях с недостаточным ресурсом.

Способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.

Стартовая обмотка переводится в схему “звезда”, а после раскрутки ротора катушки в “треугольник”. Допускается введение в цепи пуска сопротивлений или автоматических трансформаторов. Недостатком методики является падение значения момента (снижение прямо пропорционально квадрату напряжения на входе), пуск производится только без внешней нагрузки.

Пусковой реостат используется в цепях возбуждения устройств с фазной обмоткой на подвижном элементе. По мере увеличения частоты вращения происходит снижение сопротивления, что позволяет постепенно перевести двигатель в штатный режим работы. Способ используется при повышенной нагрузке на электромотор или при необходимости плавной регулировки частоты вращения.

Для регулировки частоты вращения применяются методики:

• изменения активного сопротивления (только для изделий с фазным ротором);
• корректировки напряжения во внешней сети;
• отключения пар полюсов;
• изменения частоты питающего тока.

Тормозные режимы

При работе асинхронной силовой машины существует 4 режима торможения. Рекуперативное замедление возможно при частоте вращения вала двигателя больше скорости вращения электромагнитного поля.

Ситуация разгона вала происходит при спуске груза на лебедке, образующиеся излишки электромагнитной мощности возвращаются во внешнюю сеть.

Динамическое торможение осуществляется путем подачи постоянного напряжения на неподвижные катушки, которое вызывает формирование неподвижного поля, замедляющего вращение вала.

Конденсаторное замедление осуществляется путем подключения емкостей к неподвижным обмоткам. Излишки энергии преобразуются в электричество, теряющееся в подвижном элементе двигателя. Методика применяется для установок мощностью до 5 кВт.

Замедление противовключением подразумевает изменение чередования фаз, что позволяет резко остановить ротор. Магнитные потоки вращаются в противоположных направлениях, что приводит к увеличению коэффициента скольжения до значения более единицы.

https://youtube.com/watch?v=bxbqSMdPh1Y%3Frel%3D0

Асинхронный электродвигатель — устройство, принцип работы, виды асинхронных двигателей

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

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➡  Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Устройство асинхронного двигателя

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

Из чего состоит асинхронный электродвигатель

Статор

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

Двигатели статора имеют фазные и короткозамкнутые роторы.

Устройство статора

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

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

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

Сердечник статора

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Будет интересно➡  Малоизвестные факты о двигателях постоянного тока

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➡  Что такое трехфазный двигатель и как он работает

Линейные моторы

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

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

Подключение двигателя к питанию

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

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

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей

Какие недостатки и достоинства у асинхронных электродвигателей

Достоинства:

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

Недостатки:

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

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

Заключение