Асинхронный (индукционный) двигатель (АД) – устройство, преобразовывающий электрическую энергию в механическую. «Асинхронный» означает разновременный. Электродвигатели асинхронные питаются от сети переменного тока.
Особенности асинхронных двигателей
Применение
Такие электродвигатели (частотные преобразователи) не используются в сетях постоянного тока. Но они имеют широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. По статистике, до 70% электроэнергии, которая преобразуется в механическую энергию поступательного либо вращательного движения, потребляется именно индукционными электродвигателями.
Асинхронная машина не подключается к сети постоянного тока.
Асинхронные частотные преобразователи не требуют сложного производства и просты по своей конструкции, но в тоже время очень надежны. Такие двигатели могут работать от однофазной и трехфазной сети, используя разные частоты. Преобразователи не подходят для сетей постоянного тока. Для их управления применяют сравнительно несложные схемы.
При выборе асинхронного двигателя зачастую возникают проблемы с определением:
- его мощности;
- характеристик и приемлемой схемы, с помощью которой осуществляется управление электродвигателем;
- расчетом мощности конденсаторов, которые нужны, чтобы преобразователь работал от одной фазы;
- марки и сечения провода;
- устройств защиты и управления, которыми оснащен преобразователь.
Чтобы во всем этом разобраться, необходимо знать устройство и особенности работы асинхронного агрегата. Это поможет правильно подобрать преобразователь для решения конкретной задачи.
Индукционный агрегат свое название получил благодаря тому, что магнитное поле вращается с более высокой скоростью, чем сам ротор, поэтому последний всегда пытается «догнать» скорость вращения поля.
Устройство АД
Ротор и статор – главные элементы индукционного двигателя.
Схема устройства асинхронного агрегата
Схема: вал (1), подшипники (2,6), лапы (4), крыльчатка (7), статор (10), коробка выводов (11), ротор (9), кожух вентилятора (5), щиты подшипниковые (3,8).
На рисунке представлено устройство типового агрегата. Статор АД имеет форму цилиндра. Внутренняя часть имеет размеры, обеспечивающие зазор между ротором и статором. В пазах сердечника расположены обмотки. Их оси для нормальной работы расположены относительно одна другой под углом 1200. Между собой концы обмоток собираются с помощью схемы «звезда» либо «треугольник», но это зависит непосредственно от напряжения. Ротор может быть фазным либо короткозамкнутым.
Ротор вращается по ходу движения магнитного поля.
Трехфазную обмотку устанавливают на фазный ротор, она напоминает обмотку статора. С одной стороны концы обмотки фазного ротора обычно соединяются в «звезду», а свободные концы подсоединяются к контактным кольцам. Для включения в цепь обмотки фазного ротора дополнительного сопротивления используются щетки, подключенные к кольцам. Такая конструкция не предназначена для работы в цепях постоянного тока, так как необходимое вращение обеспечивает изменение фазы.
Короткозамкнутый ротор – это сердечник, который сделан из стальных листов. Пазы в короткозамкнутом роторе заполняются расплавленным алюминием, в результате чего получаются стержни, замыкаемые накоротко торцевыми кольцами.
Таким короткозамкнутым ротором создаются условия для минимального электрического сопротивления. Эта конструкция получила название «беличья клетка» или «беличье колесо».
Конструкция «беличья клетка»
В короткозамкнутом роторе повышенной мощности пазы заполняются медью или латунью. Беличье колесо – это и есть короткозамкнутая обмотка ротора.
В зависимости от подключаемой фазы индукционный агрегат подразделяется на однофазный и трехфазный. С помощью учета данного параметра различают принцип действия асинхронного двигателя.
Однофазная индукционная машина
Чаще всего индукционный однофазный двигатель переменного тока устанавливается в бытовой технике, так как электроснабжение дома осуществляется от однофазной электросети. Преимуществом таких двигателей переменного тока является достаточно прочная конструкция и низкая стоимость, отсутствие сложных схем управления.
Они вполне подходят для длительной работы, так как не нуждаются в техническом обслуживании. Обычно однофазный двигатель малой мощности – до 0,5 кВт. Такие электродвигатели устанавливаются в стиральных машинах, компрессорах холодильников и другой бытовой технике, где ротором создается небольшая скорость вращения, сравнительно небольшой объем силы тока.
Схема работы однофазного двигателя малой мощности
В однофазных индукционных агрегатах на статоре установлено управление ротором от двух обмоток, которые сдвинуты одна от другой на 900 тока для образования пускового момента. Одна обмотка является пусковой, а вторая – рабочей.
Однофазные электродвигатели не подходят для сетей постоянного тока. Они характеризуются низкими энергопоказателями и малой перегрузочной способностью. Агрегаты функционируют в нормальном режиме, если не нарушен определенный диапазон частоты поля. После начала вращения устройство управления подключает рабочую обмотку. Это позволяет уменьшить потребление энергии.
В электрических приводах с обычным запуском устанавливаются, как правило, однофазные индукционные двигатели, имеющие экранированные полюса. В таком асинхронном электродвигателе в качестве вспомогательной фазы выступают короткозамкнутые витки, имеющие минимальные сопротивления, размещенные на выраженных полюсах статора.
Учитывая то, что пространственный угол, образованный витком и осями основной фазы, гораздо меньше 900, в таком электродвигателе есть эллиптическое поле. С помощью него создаются сравнительно небольшие силы, чем и объясняются невысокие рабочие и пусковые свойства индукционных электродвигателей, оснащенных экранированными полюсами с фазным включением.
Индукционные однофазные электродвигатели, имеющие короткозамкнутый ротор подразделяются на:
- с усиленным сопротивлением фазы пуска;
- агрегаты с короткозамкнутым ротором, оснащенные рабочим конденсатором;
- оснащенные фазным пусковым конденсатором;комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
- комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
- с экранированными полюсами.
Трехфазный двигатель
В трехфазной индукционной машине обмотка предназначена для образования вращающегося по кругу магнитного поля, которое проходит через короткозамкнутую обмотку ротора. Созданные с фазным управлением аппараты не применяются в цепях постоянного тока. При прохождении поля через проводники обмотки статора образуется электродвижущая сила, которая и вызывает прохождение переменного тока в обмотке, управляющей ротором, имеющим собственное магнитное поле. Данное магнитное поле при взаимодействии с фазным магнитным вращающимся полем статора вызывает вращение определенной частоты вслед за полями между ним и ротором.
Схема работы индукционного трехфазного агрегата
Данный принцип разработал академик из Франции Араго. Иными словами, если подковообразный магнит установить вблизи металлического диска свободно закрепленным на оси и вращать его с поддержанием определенной частоты оборотов, то металлический диск без дополнительного управления начнет движение за магнитом, однако скорость его вращения будет меньше, чем скорость движения магнита.
Данное явление обусловлено правилами электромагнитной индукции. Во время вращения около поверхности металлического диска полюсов магнита в контурах под полюсом образуется электродвижущая сила соответствующей частоты, и возникают токи, создающие магнитное поле металлического диска. Магнитное поле диска начинает взаимодействовать с полем полюсов вращающегося магнита, в результате чего диск «увлекается» своим магнитным полем.
Так и в асинхронном агрегате, в качестве металлического диска выступает короткозамкнутая обмотка ротора, а в качестве магнита – магнитопровод и обмотка статора.
Чтобы облегчить управление и запуск трехфазного электродвигателя при к однофазной сети (переменного, а не постоянного тока), на момент пуска дополнительно устанавливается параллельно с рабочим и пусковой конденсатор. Им компенсируют отсутствие фазы и соответствующей частоты поля.
Запуск трехфазного двигателя
Двигатель в работе. Видео
О том, как работает асинхронный двигатель в режиме генератора, можно посмотреть в этом видео. Здесь представлены дельные советы по оптимизации процесса, в том числе и те, которые относятся к схемам управления фазным вращением.
Таким образом, зная особенности работы индукционной машины, с уверенностью можно сказать, что преобразование в механическую энергию электрической происходит в результате вращения вала электродвигателя (ротора).
Скорость вращения магнитного поля ротора и статора напрямую зависит от частоты питающей сети и количества пар полюсов. В случае, когда тип двигателя ограничивает число пар полюсов, то для управления изменением частоты питающей сети в больший диапазон используют частотный преобразователь.
Выше рассмотрены особенности управления фазным вращением. Также приведены отличия конструкции с короткозамкнутым минимальным ротором, который используется для уменьшения сопротивления. Следует помнить, что устройство некоторых агрегатов подразумевает возможность их применения только в цепях постоянного тока. Преобразователи с фазным вращением работают при питании переменным током.
Cтраница 4
На этом первом изобретении я показал, как практическая польза может отступить перед изящным решением, венчающим задачу. В подобной ситуации нетрудно погрязнуть в анализе и убить на это годы. И наоборот, можно, как произошло со мной, провести эти годы с большой пользой, выясняя такие подробности работы индукционных двигателей, какие невозможно извлечь из книг, научных статей или лекций.
При поступлении сигнала в управляющую обмотку возникает вращающееся эл-л ИПТичеСкое магнитное. Это поле наводит токи в теле цилиндра ротора индукционного двигателя. В результате взаимодействия наведенных токов с вращающимся полем создается вращающий момент. Величина и направление скорости вращения индукционного двигателя зависит ч от величины и фазы управляющего напряжения. С изменением фазы управляющего напряжения с 90 на - 90 (фаза управляющего напряжения при этом должна повернуться на 180) направление вращения ротора меняется на обратное.
Вследствие неполной трансформаторной связи между обмотками возникает добавочное рассеяние через воздушный зазор. Величина добавочного рассеяния зависит от углового положения ротора. Поэтому эквивалентные параметры двигателя при неподвижном роторе могут значительно зависеть от углового положения ротора, что приводит к изменению пускового момента. Это явление будет наиболее ощутимо для исполнительных индукционных двигателей с небольшим числом пазов ротора.
Согласно последней формуле при прочих равных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 03 - 0 05 сек, а для двигателей на 400 гц - около 0 1 - 0 2 сек.
Согласно формулам (3 - 33) при прочих разных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 05 - 0 07 сек, а для двигателей на 400 гц - около 0 2 - 0 3 сек.
В случае же значительного кранового и транспортного оборудования вопрос о ходе тока является менее определенным. Окончательное право коллекторные двигатели переменного тока отвоевали себе пови-димому лишь в регулируемых приводах текстильной пром-сти (кольцевой ватер), хотя вопрос о приводе ситцепечатных машин с пределами регулирования от 1: 4 до 1: 10 от двигателей постоянного или переменного тока является пока спорным. Здесь возможно применение как постоянного тока по принципу прямого и обратного включения, так и шунтовых коллекторных двигателей с возбуждением со статора. Регулируемый многомоторный привод рогулечных ватеров конструируется, как указано выше, в форме регулируемых индукционных двигателей с изменением частоты питающего тока при помощи особого преобразователя частоты. Борьба между постоянным и переменным током идет и в металлообрабатьтвающей промышленности. Надлежащее использование электрически регулируемых металлообрабатывающих станков современной конструкции требует регулируемых двигателей. Коллекторные двигатели переменного тока в силу высокой стоимости и большого веса совершенно не привились для металлообрабатывающих станков. Борьба постоянного тока, имеющего в случае регулируемых реверсивных и часто пускаемых приводов ряд технич.
Одно из плеч моста включает емкостный датчик, переменная емкость которого может быть пропорциональна измеряемой величине. Во второе плечо моста включена постоянная емкость. Два противоположных плеча моста составлены из омических сопротивлений, одно из которых переменно. Нагрузкой выходного каскада усиления является трансформатор Тр %, во вторичной обмотке которого включена управляющая обмотка индукционного двигателя.
К настоящему времени положение сильно изменилось. Рост мощности станций и отдельг-ных распределительных трансформаторов говорит за возможность применения коротко-замкнутых двигателей значительно бблыпих мощностей, чем допускалось в Европе и у нас до сих пор. Те преимущества, которыми обладают короткозамкнутые двигатели по сравнению с двигателями с кольцами (простота обслуживания, более высокий коэфици-ент мощности и кпд, меньшая стоимость), вызвали широкое применение короткозам-кнутых индукционных двигателей как в Европе, так и в СССР.
Механические характеристики серводвигателя оказывают большое влияние на его поведение. Форма механической характеристики в значительной степени зависит от значения полного сопротивления ротора. На рис. 7 - 6 показаны кривые механических характеристик для нескольких значений сопротивления ротора. Сопротивление ротора обычно изменяется с увеличением удельного сопротивления проводящего материала, используемого в роторе. Индукционные двигатели, применяемые в качестве силовых, проектируются с минимальным сопротивлением ротора, что дает максимальный момент при малых значениях скольжения. Увеличение роторного сопротивления линеаризует механическую характеристику.
Cтраница 2
В нулевую группу входят однофазные системы с трех-и двухлучевыми индукционными двигателями, а также системы с магнесинами и с ферродинамометрами.
Асинхронные машины, в виде трехфазных асинхронных двигателей (индукционные двигатели), приобретают в: е большее значение. Причиной является простая конструкция их и главным образом все большее распространение районных станций, распределяющих электрическую энергию в форме трехфазного тока.
В том случае, когда пуск станка может производиться включением индукционного двигателя нормальной конструкции и мощности, близкой к той, которая потребляется станком во время его работы, вопрос должен решаться в принципе в сторону отказа от главной сцепной муфты. В остальных случаях необходимо принять в расчет при сравнении варианта с муфтой и без нее удорожание двигателя (если оно имеет место), стоимость вспомогательных устройств и аппаратуры управления, а также специфические недостатки, присущие указанным выше способам пуска. Решение в пользу сохранения муфты или отказа от нее определяется результатами технико-экономического расчета для сравниваемых вариантов. Так как главная фрикционная муфта станка является одновременно элементом, предохраняющим станок от поломок при случайном возрастании крутящего момента сныше установленной нормы, то в случае отказа от муфты обязательно должны быть предусмотрены автоматически действующие механические предохранительные устройства или электрическая аппаратура, выполняющая ту же функцию.
В системах с несущей частотой этот метод получения резонансных комплексных нулей посредством присоединения параллельных ветвей осуществляется индукционным двигателем для демодуляции, схемой из массы, пружины и демпфера для создания резонансного контура п демодулирующим индукционным датчиком. Выходной сигнал индукционного датчика вычитается из сигнала входа. Это также создает два комплексных нуля относительно частоты сигнала информации (огибающей) или четыре комплексных нуля относительно модулированной несущей.
Трансформаторы с подвижной обмоткой (потен-циал-регуля-юры), предназначенные для более высоких напряжений, выполняются в форме индукционного двигателя с закрепленным якорем, который переставляется в зависимости от требующегося дополнительного напряжения, складывающегося последовательно с основным.
В качестве двигателей для следящих систем могут быть использованы как сериесные, так и шунтовые двигатели постоянного тока, а также индукционные двигатели переменного тока.
Трудно сказать, как развивались бы работы в области электричества, если бы были усовершенствованы термоэлектрические машины Зеебека, построенные за пятьдесят лет до того, как получил признание индукционный двигатель Фара-дея. Но этого не случилось, и сейчас термоэлектрические генераторы во много раз менее эффективны, чем магнитные генераторы, и только чрезмерная простота термоэлементов гарантирует возможность их практического применения в малой энергетике. В равной степени со стоимостью и технологией изготовления важную роль играют размеры и вес термоэлементов. Однако наиболее важным является их кпд, определяемый как температурами 7 и Т2, при которых работает термобатарея, так и физическими свойствами материала термоэлемента.
Трудно сказать, как развивались бы работы в области электричества, если бы были усовершенствованы термоэлектрические машины Зеебека, построенные за пятьдесят лет до того, как получил признание индукционный двигатель Фара-дея. Но этого не случилось, и сейчас термоэлектрические генераторы во много раз менее эффективны, чем магнитные генераторы, и только чрезмерная простота термоэлементов гарантирует возможность их практического применения в малой энергетике. В равной степени со стоимостью и технологией изготовления важную роль играют размеры и вес термоэлементов. Однако наиболее важным является их кпд, определяемый как температурами Тг и 7, при которых работает термобатарея, так и физическими свойствами материала термоэлемента.
Согласно последней формуле при прочих равных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 03 - 0 05 сек, а для двигателей на 400 гц - около 0 1 - 0 2 сек.
Согласно формулам (3 - 33) при прочих разных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 05 - 0 07 сек, а для двигателей на 400 гц - около 0 2 - 0 3 сек.
Сложнее дело обстоит в случае регулируемых приводов. Индукционный двигатель трехфазного тока сам по себе следует считать практически почти нерегулируемым. Однофазные репульсионные двигатели, конкурирующие при малых мощностях с трехфазными коллекторными, в силу худшего использования материала постепенно вытесняются трехфазными. Подобно тому как это имело место в области электрической тяги, в ряде промышленных установок происходит борьба между постоянным и переменным током у регулируемых приводов. В случае единичных регулируемых установок порядка нескольких сот kW, например нереверсивные прокатные станы, шахтные вентиляторы, регулируемые воздуходувки, когда пределы регулировки не превышают 1: 2, применяются каскадные агрегаты в виде сист. Установки трехфазных коллекторных двигателей большой мощности (300 - 400 kW) чрезвычайно редки. Реверсивные прокатные станы (номинальной мощностью в 2 000 - 5 000 kW), требующие регулировки в широких пределах (до 200 - 300 %) номинальной скорости, приводятся исключительно двигателями постоянного тока, питаемыми от трехфазной сети по сист. В случае нескольких регулируемых установок большой и средней мощности, расположенных вместе, применяются теперь двигатели постоянного тока (напр, бумагоделательные машины, прокатные металлургич. При пределах регулировки больше чем 1: 3, для регулирования широко применяется система Леонарда; она же используется в таких случаях и для пуска в ход. США и Франции применяется постоянный ток; этот род тока принят и в СССР для вновь строящихся металлургич. В Германии эк е динамостроительные з-ды усиленно пропагандируют внедрение в эту область индукционных двигателей. Коллекторные двигатели переменного тока, для таких тяжелых условий работы непригодны.
Известным недостатком двигателей переменного тока является их сравнительно большой вес, в 2 - 3 раза превышающий вес двигателей постоянного тока той же мощности. Однако высокая надежность индукционных двигателей (отсутствие щеток, требующих осмотра я смены) во многих случаях компенсируют указанный недостаток.
Асинхронные трех фазные двигатели
В рубрике «Общее» рассмотрим устройство и принцип работы трех фазных и одно фазных асинхронных двигателей. Электродвигатели переменного тока очень широко применяются в промышленности, на транспорте, в авиации, в автоматических системах управления и регулирования, а также в народном хозяйстве. В насосном оборудовании применяются асинхронный электрический двигатель переменного тока. Двигатель преобразует электрическую энергию (энергию магнитного поля) в механическую (вращательную) энергию на валу насоса. Насос преобразует механическую энергию в гидравлическую энергию перемещения жидкости. В наше время асинхронные являются наиболее распространенными электродвигателями. Они получили такое широкое распространение из-за своей низкой стоимости, простоты в конструкции и высокой надежности при эксплуатации. Коэффициент полезного действия (КПД): асинхронных двигателей при мощностях более 1 кВт составляет 0,7 — 0,95. Существует различные . Наиболее часто применяемые способы будут рассмотрены в отдельной статье.
Электромагнетизм
Из курса физики известно, что магнит имеет два полюса: северный (отрицательный) и южный (положительный). Противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются друг от друга (см. рис).
При протекании электрического тока по проводнику, вокруг него создается магнитное поле. Это явление называется электромагнетизмом. Физические законы одинаковы как для постоянных магнитов, так и электромагнитов. Чем выше ток, протыкаемый по проводнику, тем сильнее магнитное поле. Магнитное поле вокруг проводника можно увеличить, если на стальной сердечник намотать катушку. В таком случае линии магнитного потока, образуемого каждым витком, складываются и создают единое магнитное поле вокруг катушки. Чем больше количество витков в катушке, тем сильнее магнитное поле. Это поле имеет такие же свойства и характеристики, что и постоянное магнитное поле, а, следовательно, и у электромагнитов тоже есть северный и южный полюса. Если в катушке поменять направление движения электрического тока, то поменяются местами и полюса электромагнита (см. рис).
Устройство асинхронных электродвигателей переменного тока
Электрический двигатель состоит из двух основных частей – это статор и ротор.
это неподвижная и по цене самая дорогая часть электродвигателя. Сердечник статора представляет собой полый цилиндр. Изготавливают и набирают сердечник из отдельных пластин электротехнической стали толщиной 0,5-0,35 мм. Пластины штампуют со специальными пазами, изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь (вихревые токи), собирают в пакеты. Готовый сердечник запрессовывается в корпус статора. Корпус статора электродвигателя изготавливается из алюминия или чугуна. Затем в продольные пазы статора укладывается обмотка. Если электродвигатель трехфазный, то каждая фаза расположена по отношению к другой фазе под углом 120 градусов. Все обмотки состоят из двух катушек, которые образуют два полюса.
Переменным ток – это электрический ток, периодически изменяющий свое направление в цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю. При подаче напряжения на катушки статора одна из них становится северным полюсом, а другая – южным. Полярность полюсов все время меняется, так как ток переменный и создается комбинированное электромагнитное поле статора, направленное перпендикулярно проводникам ротора. Именно эта возможность смены полюсов и используется для преобразования электрической энергии в механическую.
Подвижная часть электродвигателя, которая вращается на валу электродвигателя, двигаясь за магнитным полем статора. Сердечник ротора тоже набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм, изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с пазами, насаживают на вал, и в результате образуется цилиндр. В продольные пазы цилиндра укладывают медные или алюминиевые проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные двигатели могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Наибольшее применение нашли роторы с короткозамкнутыми обмотками, или как их еще называют «беличьи колеса» из-за конструкции, которая напоминает барабаны для белок (см. фото).
При подаче переменного тока на обмотки статора в них создается электромагнитное поле, которое вращается в направлении, перпендикулярном обмоткам ротора. Магнитное поле статора индуцирует в обмотках ротора ток, который в свою очередь создает вокруг ротора электромагнитное поле и поляризацию ротора.
Индукция – (латинского inductio - наведение) это явление, которое происходит при движении проводника в магнитном поле, приводящее к появлению в проводнике индукционного электрического тока. Этот ток создает свое магнитное поле вокруг каждого проводника обмотки ротора. Вращающееся магнитное поле создает вращающийся магнитный поток. Магнитное поле пропорционально напряжению, а магнитный поток пропорционален току.
Трёхфазное напряжение на обмотках статора создает магнитное поле. Магнитное поле статора движется быстрее ротора, это способствует наведению тока в проводниках обмотки ротора, в результате чего образуется магнитное поле ротора. Магнитные поля статора и ротора формируют свои магнитные потоки, эти потоки будут притягиваться друг к другу и создавать вращающий момент, который заставит ротор вращаться. Электродвигатели переменного тока очень часто называют еще индукционными электродвигателями. На вал ротора запрессовываются подшипники, которые при сборке электродвигателя вставляются в переднюю и заднюю крышки статора. Затем эти крышки стягиваются с помощью шпилек.
Асинхронные электродвигатели
Электродвигатель, у которого ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля статора, называют асинхронным. Частоту вращения магнитного поля принято считать синхронной частотой вращения (Ns). Синхронную частоту вращения можно рассчитать по формуле Ns=120*F/P , где F – частота сети, P – число полюсов электродвигателя. При частоте сети 50 Гц и двух полюсном двигателе, синхронная частота вращения Ns =120*50/2 Ns = 3000 мин –1 .Синхронная частота вращения уменьшается с увеличением количества полюсов. В таблице приведена синхронная частота для различного числа полюсов.
Асинхронные электродвигатели переменного тока производятся на мощность от нескольких десятков ватт до 15000 кВт, и напряжение на обмотках статора достигает 6 кВ. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя. В электродвигателях переменного тока вращающий момент возникает в результате взаимодействия вращающихся магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле, возникающее в обмотках ротора, будет стремиться к тому, чтобы приблизиться к магнитному полю статора. Во время работы двигателя частота вращения ротора всегда ниже частоты вращения магнитного поля статора. Следовательно, магнитное поле ротора может пересекать магнитное поле статора и создавать вращающий момент. Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающийся момент станет равным нулю, и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока снова не возникнет вращающейся момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в двигателе. Разница в частоте вращения полей ротора и статора называется скольжением и измеряется в процентах.
Кроме многих положительных качеств: легкости в обслуживании, простой конструкции, а также низкой стоимости – асинхронный двигатель имеет и недостатки, наиболее существенным, из которых является относительно низкий коэффициент мощности (соs φ). У асинхронного двигателя соs φ, при полной нагрузке достигает 0,85-0,9; при малой нагрузке двигателя соs φ резко уменьшается, а при холостом ходе может составлять 0,2-0,3. Асинхронный двигатель потребляет большую реактивную мощность, необходимую для возбуждения магнитного поля, этим и объясняется низкий коэффициент мощности. Между ротором и статором в асинхронном двигателе существует воздушный зазор, и магнитный поток встречает на своем пути дополнительное сопротивление, а, следовательно, увеличивается и мощность, потребляемφая двигателем. В целях повышения соs φ в асинхронных двигателях воздушный зазор между статором и ротором стараются делать как можно меньшим, доводя его у двигателей малой мощности (2-5кВт) до 0,3 мм. Из-за конструктивных особенностей в двигателях большей мощности воздушный зазор приходится увеличивать до 2-2,5 мм.
На коммутационной колодке трехфазного двигателя имеется шесть зажимов, к которым подключаются начала и концы обмоток каждой фазы. Начало обмоток обозначены латинскими буквами U1, V1 и W1, а концы U2, V2, и W2. Обмотки могут быть соединены по схеме «звезда» или «треугольник» (см. рис).
Это дает возможность подключить трехфазный двигатель на два разных напряжения. Рабочие напряжения, при которых работает электродвигатель, указываются на фирменной табличке. На пример 220/380: двигатель может работать на напряжение 220 вольт при подключении обмоток в «треугольник» и 380 вольт при подключении в «звезду». Для более низких напряжений, указанных на фирменной табличке, обмотки статора соединяется в «треугольник», а для более высоких – в «звезду».
Чтобы изменить направление вращения ротора трехфазного двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмотками статора. Это достигается путем изменения чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами любые из двух фаз на коммутационной колодке двигателя.
Однофазные электродвигатели переменного тока
Стандартный однофазный статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу. Одна из обмоток считается рабочей (основная), другая – пусковой (вспомогательная). Однофазные двигатели изготавливаются до мощности 2,2 кВт. В соответствии с количеством полюсов каждая обмотка может делиться не несколько секций. Принцип действия однофазных электродвигателей такой же, как и у трёхфазных, только с более низким пусковым моментом. Однофазные электродвигатели очень часто применяются в бытовой технике, а также там, где нет трехфазного напряжения. Однако между однофазным и трехфазным двигателем есть существенные различия. У однофазного двигателя нет бегущего магнитного поля, а происходит только смена полюсов один раз в каждом цикле. Это значит, что однофазный индукционный электродвигатель не может быть запущен в работу самостоятельно. Теоретически, однофазный электродвигатель можно запустить при помощи механического вращения ротора с последующим немедленным подключением питания. Однако на практике пуск однофазных электродвигателей осуществляется автоматически. Выделяют четыре основных типа запуска однофазных электродвигателей:
- индукционный двигатель с пуском через конденсатор, и работа через обмотку (индуктивность);
- индукционный двигатель с пуском через конденсатор, и работа через конденсатор;
- индукционный двигатель с реостатным пуском;
- индукционный двигатель с постоянной пусковой емкостью.
Наибольшее применение нашли электродвигатели, оснащенные конденсатором, который во время работы постоянно подключен и соединён последовательно с пусковой обмоткой. Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной обмоткой, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения. Асинхронные двигатели с рабочим могут использоваться для выполнения различных задач в зависимости от их конструкции. В дополнение ко всему вышесказанному они являются самыми надёжными из всех однофазных электродвигателей. Типичным примером использования таких двигателей, являются низко инерционные нагрузки, на пример вентиляторы или насосы. Схема электрических соединений однофазного двигателя показано на (рис.)
Для однофазных электродвигателей существуют некоторые ограничения. Однофазные электродвигатели ни в коем случае не должны работать в режиме холостого хода. Не рекомендуется также эксплуатировать однофазные двигатели при нагрузке меньшей 25% от полной, так как это вызывает повышение температуры внутри обмоток электродвигателя, что может привести к выходу его из строя
Потребляемая мощность
Мощность двигателей на валу принято измерять в киловаттах (кВт). В США мощность двигателя принято измерять в лошадиных силах (HP). Если нужно перевести лошадиные силы в кВт, то необходимо значение в лошадиных силах умножить на 0,746. На пример 20 HP*0,746=14,92 кВт. И наоборот кВт можно перевести в л. с., для этого значение в киловаттах необходимо умножить на 1,34. Это значит, что 15 кВт*1,34=20,1 HP. Переводы различных единиц можно посмотреть
Мощность P1 (кВт) – это мощность, которую электродвигатель потребляет от электрической сети. Мощность P2 (кВт) – это мощность Р1 умноженная на КПД или полезная мощность.
Спасибо за оказанное внимание.
Что можно сказать об электродвигателе? Такой мотор является таким электромеханическим девайсом, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию. В случае работы переменного тока, который является трёхфазным, наиболее часто применяющимся мотором является трехфазный индукционный мотор, ведь данный вид мотора не требует никакого стартового устройства. Можно также сказать, что данный двигатель является самозапускающимся индукционным мотором.
Для того чтобы лучше понять принцип действия трёхфазного индукционного двигателя , необходимо иметь достаточно чёткое представление об основной особенности, которая присуща конструкции данного мотора. Данный электродвигатель имеет две части, которые можно назвать основными. А именно, это статор и ротор. Чтобы хорошо представлять себе работу данного устройства нужно знать достаточно об этих составляющих.
Статор
Статор данного индукционного двигателя сделан из определённого количества слотов, для того чтобы получилась трёхфазная обмотка, которая подключена к источнику переменного тока, являющегося трёхфазным. Трёхфазная обмотка размещена в слотах таким образом, что она производит магнитное поле, которое является вращающимся. Это происходит после третьей фазы. Обмотка должна получать питание в виде переменного тока.
Ротор
Ротор данного индукционного мотора содержит многослойный сердечник, который имеет цилиндрическую форму. Этот сердечник с параллельными слотами, которые могут держать элементы, проводящие электрический ток. В роли таких элементов в данном случае выступают тяжёлые медные или алюминиевые стержни, которые подходят к каждому слоту и они замкнуты конечными кольцами.
Слоты не то что бы абсолютно параллельны оси вала. Они несколько скошены. Это обусловлено тем, что такое расположение уменьшает магнитный гудящий шум и может помочь избежать потери скорости данного мотора
О том, как работает этот двигатель
Создание магнитного поля, которое вращается
Статор мотора содержит смещённые перекрытые обмотки. Электрический угол смещения составляет 120º. Тут основная обмотка или же статор подключены к источнику тока, который является переменным и трёхфазным. Это обстоятельство уже, в свою очередь, служит причиной возникновения такого магнитного поля, которое вращается, причём вращается оно с синхронной скоростью.
Секреты вращения:
Согласно закону Фарадея “электродвижущая сила, которая вызвана в какой-либо электрической схеме, является следствием процента изменения магнитного потока, который идёт через схему”. Так как обмотка ротора в индукционном моторе тоже замкнута через внешнее сопротивление или прямо замкнуто замыкающим кольцом, и отрезает магнитное поле статора (вращающееся), электродвижущая сила появляется на медном стержне ротора, и благодаря этой силе электрический ток течёт через элемент ротора, который специально для этого предназначен.
Здесь относительная скорость между вращающемся магнитным потоком и статичным проводящим элементом ротора является причиной возникновения электрического тока. Отсюда, исходя из закона Ленца, ротор будет вращаться непосредственно в том же направлении, чтобы относительная скорость уменьшилась.
Таким образом, исходя из принципа действия этого электрического двигателя, можно заметить, что скорость, которую имеет ротор, не должна достигать синхронной скорости, которая производится статором. Если скорости были бы равны, то не было бы такой относительной скорости, так что не возникало бы и электродвижущей силы в роторе, не было бы потока электрического тока, и поэтому не было бы крутящего момента.
Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется проскальзыванием. Вращение магнитного поля в индукционном двигателе имеет преимущество, что не нужны никакие электрические связи с ротором.
Пора подвести итоги. Из перечисленных выше особенностей трехфазного индукционного мотора следует, что:
— Данный электродвигатель самозапускающийся и не нуждается в помощи какого-то другого элемента для своего старта.
— Этот мотор имеет меньше противодействия арматуры и искрообразования на щётках в силу того, что отсутствуют коммутаторы и щётки, которые могут вызывать образование искр.
— Электродвигатель данного типа прочен по конструкции, что, конечно же, является большим плюсом.
— Мотор экономичный, что делает его интересным решением во многих областях; соответственно, данный двигатель имеет неплохие перспективы, ведь он будет достаточно популярен и востребован.
— Данный электродвигатель довольно лёгок в обслуживании, что опять же позволяет назвать его перспективным, ведь данное качество интересно любому пользователю подобных устройств, который понимает важность этого нюанса.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.
