Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе: Неисправности электродвигателя — Электродвигатели АИР, АИС, МТН, MTF, насосы купить в РБ по низким ценам — Мир Антенн

Содержание

Асинхронный электродвигатель, его конструкции и типы

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

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

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

Конструкция асинхронного электродвигателя

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину.

На рисунке 1 показан сердечник статора в сборе. Станина 1 выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов 2, из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка 3. Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

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

Конструкция асинхронного электродвигателя. Сердечник статора в сборе.

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

Начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 2, а), закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2, б) или треугольник (рис. 2, в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя.

В паспорте трёхфазного электродвигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл = 660В по схеме звезда или в сеть с Uл =380В – по схеме треугольник. Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Конструкция асинхронного электродвигателя. Клеммник.

Рис. 2

Типы асинхронных электродвигателей

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

Условное обозначение асинхронного электродвигателя

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

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

Устройство асинхронного электродвигателя

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Всем привет.

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

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

Схема пуска асинхронного двигателя.

Расчёт тока электродвигателя.

Реверсивное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Ну а теперь давайте перейдём к теме сегодняшней статьи.

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

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

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

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

Обозначается это скольжение буквой: S

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

Где, n1 – это синхронная частота магнитного поля статора;

n2 – это частота вращения вала.

Устройство асинхронного электродвигателя.

Двигатель состоит из таких частей:

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

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

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

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

5. Вентилятор охлаждения. Изготавливается из пластмассы или металла.

6. Кожух вентилятора. Имеет прорези для подачи воздуха.

7. Борно или клеммная коробка. Для подключения кабелей.

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

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

Самые распространённые – это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.

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

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

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

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

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

Принцип действия.

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

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

По принципу роботы вот посмотрите видео ролик.

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

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

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

2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

3. Очень простая схема запуска.

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

5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

Недостатки:

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

2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

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

4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

5. Высокие показатели пусковых токов.

Достоинства двигателей с фазным ротором:

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

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

3. Небольшой пусковой ток.

4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

Недостатки:

1. Большие габариты.

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

3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

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

С уважением Александр!

5.2. Устройство асинхронного двигателя

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

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

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

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

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

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

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

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

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

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

4 — лопасти вентилятора

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

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 5.2

f = 50 Гц	Р	1	2	3	4	5	6
n0, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500
р=1	f. ГЦ	50	100	200	400	500	1000

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

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

Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

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

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

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

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

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

Статор

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

Статор асинхронного двигателя

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

Сердечник статора

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

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

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

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

Ротор

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

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

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

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

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

Как сделан фазный ротор

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

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

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

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

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

Недостатки:

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

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

Как регулируется частота вращения

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

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

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

Однофазный асинхронный двигатель

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

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

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

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

Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :

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

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

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

1. Статор.

2. Ротор.

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

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

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

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

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

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

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

Двигатели по типу изготовления подвижной части

Различают двигатели:

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

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

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

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

Каков же принцип работы

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

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

Что происходит в обмотке статора

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

Как работает ротор

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

Соединим статор и ротор. Что получится?

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

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

Эффект скольжения

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

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

Как подключить двигатель к источнику питания

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

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

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

Как сделать реверс

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

Однофазный асинхронных двигателей

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

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

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

Подключить двигатель к однофазной цепи

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

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

Параметры асинхронного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Асинхронный двигатель: принцип работы, особенности конструкции

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

Оглавление:

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

Область применения

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

Применяется асинхронный электродвигатель во многих сферах:

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

Разновидности моторов

От типа питающей сети асинхронные электродвигатели подразделяются на:

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

Устройство асинхронного двигателя

Устройство асинхронного двигателя является достаточно простым:

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

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

Особенности устройства каждого из элементов

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

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

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

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

Ротор

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

Маркировка электродвигателя

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

крутящий момент;
мощность;
максимальная скорость вращения;
cosφ.

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

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

Скольжение

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

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

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

Двигателя с фазным ротором

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

Недостатки асинхронных электродвигателей

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

Из чего состоит асинхронный двигатель

Из чего состоят асинхронные электрические двигатели

Без электрических двигателей совершенно нереально представить себе функционирование современной жизни. Наиболее популярным и востребованным является асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором в виду его простой и надёжной конструкции, которая обеспечивает отличные механические характеристики.

Внутреннее устройство электромотора и его принцип работы вызывает резонный интерес, как в познавательном плане, так и с практической точки зрения — знание конструктивных особенностей двигателя, влияющих на его параметры, поможет при выборе электродвигателя, его эксплуатации и обслуживании.

Составляющие электродвигателей

В любом электродвигателе есть две основные составляющие – неподвижный статор, закрепляемый на станине, и вращающийся ротор, через вал которого осуществляется передача механической энергии.

ротор двигателя

В отношении электродвигателей и трансформаторов катушки с проводом принято называть обмотками из-за технологических процессов при их создании. Магнитопровод статора (сердечника), в котором укладываются обмотки, помещается в защитный металлический кожух, служащий также теплоотводом с ребристой поверхностью.

Ротор нигде не соприкасается со статором и вращается на подшипниках, закрепляемых на торцевых крышках, или отдельно на станине. Торцевые крышки крепятся к кожуху при помощи болтов. Механическая энергия снимается с вала в передней части двигателя при помощи шкива, шестерни или муфты.

На вал ротора с тыльной стороны мотора крепится защищённый кожухом вентилятор для обдува ребристого корпуса, на котором находится клеммник подключения вводного кабеля, питающего электромотор.

Виды асинхронных двигателей

Узнав вкратце, из чего состоит большинство электродвигателей, можно перейти к рассмотрению асинхронных двигателей. Описание электромагнитных взаимодействий, происходящих в асинхронном двигателе, не входит в рамки данной статьи, но коротко можно сказать, что в статоре создаётся вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с полем ротора.

Асинхронный – означает, что вал ротора не вращается синхронно с вращающимся магнитным полем статора. Широко используются две разновидности данного типа трехфазных электромоторов, которые имеют такие официальные названия:

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
асинхронный двигатель с фазным ротором.

Конструкции статора данных типов электродвигателей являются идентичными, а различия заключаются в конструктивном исполнении ротора.

Устройство статора асинхронных двигателей

Для недопущения образования вихревых токов, возникающих при переменном электромагнитном поле, магнитопровод статора набирают из одинаковых колец специальной электротехнической стали методом шихтовки (от немецкого Schicht — набор). В кольцах с внутренней стороны на специальном оборудовании выбивают пазы сложной формы.

а) статор в сборе с обмотками , б) магнитопровод и кольцо эл. стали

При укладке колец в пакет статора добиваются полного совпадения данных пазов, предназначенных для укладки обмоток.

Набор сложенных пластинчатых колец фиксируют при помощи специальных скоб и запрессовывают в защитный кожух двигателя, который также несёт механические нагрузки и служит для охлаждения. Обмотки статора мотают на специальном станке в виде рамок, укладываемых в определённые пазы статорного магнитопровода.

Перед укладкой обмотки паз изолируют при помощи диэлектрической прокладки.

диэлектрическая прокладка в пазу

Рабочие осторожно помещают рамки обмоток в пазы, не допуская повреждения эмалированной изоляции проводов.

рамки статора

В зависимости от конструктивных особенностей статора, в один паз может быть помещено несколько рамок – в этом случае их также изолируют друг от друга диэлектрическими прокладками

продолговатый клин из стекловолокна

Уложенные обмотки в каждом пазу фиксируют при помощи специальной вставки в форме продолговатого клина из стекловолокна.

Соединения обмоток статора

Каждую уложенную в пазы обмотку проверяют на обрыв, пробой и межвитковое замыкание. После этого выводы рамок соединяют в фазные обмотки, в зависимости требуемого от количества пар полюсов.

Асинхронные электродвигатели с одной парой полюсов вращающегося магнитного поля имеют максимально возможные для частоты 50 Гц обороты идеального холостого хода – 3000 в минуту.

соединения проводов при помощи сварки

При помощи параллельных и последовательных подключений рамок обмоток определённым способом создают дополнительные полюсы вращающегося электромагнитного поля для уменьшения оборотов вала ротора. Все электрические соединения проводов обмоток выполняют при помощи сварки, реже – пайки.

Таким способом формируют фазные обмотки, геометрические оси которых располагаются под углом 120º. Выводы от фазных обмоток выводят в коробку подключения. По другому данный клеммник называется блоком распределения начал обмоток (БРНО). Петли обмоток, выходящие из пазов магнитопровода статора, называют лобовыми обмоточными частями.

Провода обмоток в лобовой части обматывают бандажными лентами для механической фиксации.

обмотка монтажной лентой проводов

После выполнения всех работ, статор погружают в лак, который высыхая, придает конструкции электрическую и дополнительную механическую прочность.

Устройство короткозамкнутого ротора

Короткозамкнутый ротор также состоит их шихтованных колец, в которых по внешней окружности пробивают пазы для укладки короткозамкнутых витков, которые делают из меди (для мощных двигателей более 50 кВт) и алюминия.

короткозамкнутый ротор

С торцов ротора данные витки замыкаются накоротко при помощи колец (медных или алюминиевых).

Визуально обмотка короткозамкнутого ротора без магнитопровода похожа на беличье колесо.

В данных витках благодаря трансформации индуцируется ток, возбуждающий электромагнитное поле ротора, взаимодействующее с вращающимся полем статора. Для упрощения процесса изготовления витков сложной формы используют заливку расплавленного алюминия в пазы ротора.

От формы поперечного сечения короткозамкнутых витков ротора зависит такая механическая характеристика асинхронного двигателя как начальный вращательный момент запуска, увеличения которого добиваются путём добавления дополнительных пусковых витков.

Используя особенности распределения силовых линий электромагнитного поля, добиваются больших токов в пусковых обмотках ротора при запуске двигателя, которые уменьшаются при наборе оборотов. Вал ротора запрессовывается в магнитопровод по его оси. Замыкающие кольца часто имеют лопатки, которые выполняют функцию внутреннего вентилятора, обеспечивающего циркуляцию воздуха внутри электромотора.

Из-за того, что роторная электрическая цепь не контактирует с внешними цепями, не требуется контактных узлов, что делает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором наиболее износоустойчивым по сравнению с другими типами электродвигателей.

Устройство фазного ротора

В пазах фазного ротора укладываются фазные обмотки, соединённые звездой, и подключённые к контактным кольцам, через которые осуществляется включение в регулирующую внешнюю цепь.

фазный ротор

Асинхронный двигатель с фазным ротором, благодаря добавлению обмоток, в зависимости от внешней регулирующей цепи может использоваться:

Для плавного запуска электродвигателя и уменьшения пусковых токов при помощи реостатов, подключённых к контактным кольцам. По мере запуска двигателя сопротивление реостатов уменьшается одновременно для всех фаз ротора. При наборе оборотов реостаты отключаются и кольца замыкаются.
Для поддержания постоянных оборотов двигателя при включении в цепи фазных обмоток ротора дросселей, реактивное сопротивление которых увеличивается с увеличением оборотов, что уменьшает магнитное поле ротора и вращательный момент;
Для увеличения пускового момента на фазные обмотки подают постоянное или переменное напряжение в противофазе статору.

Характерные поломки асинхронных двигателей

От точности выполнения ротора и статора зависит воздушный магнитный зазор, увеличение которого негативно влияет на производительность и коэффициент полезного действия электродвигателя. Поэтому, стараются данный зазор максимально уменьшить.

поперечный разрез двигателя

Для предотвращения вибраций и биений ротора, его тщательно центрируют перед помещением в статор. Износ подшипников, и в частности, выход из строя сепаратора шарикоподшипников, приводит к перекосу ротора и его трению об магнитопровод статора.

укладка обмоток в пазы ротора

Как правило, после замены подшипников данные повреждения не имеют значительного влияния на работоспособность мотора, но увеличится вибрация из-за разбалансировки ротора.

Обмотки статора наиболее часто подвержены межвитковому замыканию, которое происходит из-за повреждения эмалевой изоляции проводов из-за перегрева. Можно самостоятельно прозвонить обмотки и даже выявить место пробоя между витками, но перемотать обмотки в кустарных условиях не представляется возможным, и при такой поломке двигатель нужно отдавать на перемотку.

Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :

Каковы же основные части этой машины

Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.

1. Статор.

2. Ротор.

Двигатели по типу изготовления подвижной части

Различают двигатели:

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

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

Каков же принцип работы

Что происходит в обмотке статора

Как работает ротор

Соединим статор и ротор. Что получится?

Эффект скольжения

Как подключить двигатель к источнику питания

Как сделать реверс

Однофазный асинхронных двигателей

Подключить двигатель к однофазной цепи

Параметры асинхронного двигателя

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

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

Статор

Статор асинхронного двигателя

Сердечник статора

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

Ротор

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

Устройство короткозамкнутого ротора

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

Как сделан фазный ротор

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

Недостатки:

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

Как регулируется частота вращения

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

Однофазный асинхронный двигатель

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

5.2. Устройство асинхронного двигателя

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

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

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

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

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

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

4 — лопасти вентилятора

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

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

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

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

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

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

Таблица 5.2

f = 50 Гц	Р	1	2	3	4	5	6
n0, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500
р=1	f. ГЦ	50	100	200	400	500	1000

Рис.5.6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Методическая разработка занятия в форме устного журнала на тему: «Принцип действия асинхронного двигателя».

Тема: Принцип действия асинхронного двигателя.

Щепачев В.И., ЧПТ

Цели:

– образовательные: тщательное изучение нового материала;

– воспитательные: воспитывает у студентов интерес к данной теме;

– развивающие: развитие самостоятельности, умения работать с первоисточниками.

Тип урока: урок – устный журнал.

Обеспечение занятия: слайды, плакаты.

ТСО: графопроектор.

Важнейшая проблема, волнующая всех преподавателей, мастеров п\о – повышение эффективности урока.

Снижение уровня знаний студентов в значительной степени объясняется качеством урока: однообразием, шаблоном, формализмом и скукой.

Заботясь о развитии студентов, необходимо чаще использовать активные методы обучения. Нетрадиционный урок в корне отличается от классического образца и тем способствует совершенствованию процесса обучения.

На уроке студенты должны не только определенную сумму знаний, но и ощущать поэзию этой важной науки.

Урок должен расширять и углублять знания студентов, полученные на предыдущих уроках.

Урок должен повышать любознательность и интерес к предмету, стимулировать работоспособность студентов. Для того чтобы интенсифицировать учебный процесс, возбудить и удержать интерес студентов к учебному труду предлагаю провести урок на тему «Принцип действия асинхронного двигателя» в виде устного журнала «От А до Я».

Устный журнал «От А до Я»

1. Заранее готовятся таблички физических терминов, понятий и всего того, что касается атомной физики, начиная с «А» до «Я».

2. Преподаватель начинает урок и вывешивает на доске первую букву «А» или табличку со словом, начинающимся с этой буквы.

3. Студенты в течение 1…2 мин. должны пояснить, что означает это слово.

Оформление классной доски

1. На правой стороне доски плакаты по устройству и принципу действия асинхронного двигателя.

2. На левой стороне доски алфавит от «А» до «Я».

Преподаватель: вводное слово о предстоящей теме. Так что же такое асинхронный двигатель? На доске вывешивается словосочетание «асинхронный двигатель».

Асинхронный двигатель

Преподаватель: Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные.

Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньп1ей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1888 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты.

Все электрические машины обратимы, т.е. могут служить как двигателями, так и генераторами. Асинхронные машины используются главным образом как двигатели. Что вы о них знаете?

Студент: Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов — металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Широкому использованию асинхронных двигателей в современном электроприводе способствует разработка ряда электронных устройств, позволяющих расширить регулировочные свойства двигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные двигатели не только наиболее надежные по сравнению с двигателями другого типа действия, но и самые дешевые. Поэтому применение асинхронных двигателей способствует росту надежности электропривода и снижает капитальные затраты на его создание.

Преподаватель: Переходим ко второй букве алфавита. Что такое «Беличья клетка»?

«Беличья клетка»

Короткозамкнутый ротор (рис.1) выполняется в виде «беличьей клетки».

Алюминиевые стержни (в машинах большой мощности — медные) укладываются в пазы сердечника и замыкаются с двух сторон кольцами.

Рисунок 1 – обмотка «беличья клетка»

Букву «В» алфавита откроем словосочетанием «Возбуждение асинхронной машины».

Возбуждение асинхронной машины

Из принципа действия асинхронного двигателя следует, что непременным условием работы асинхронного двигателя является наличие в нем магнитного поля, вращающегося с частотой n₁(синхронная частота вращения). Это поле создается при включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного переменного тока. Процесс наведения вращающегося магнитного поля называют возбуждением асинхронной машины. Возбуждение создается реактивной (индуктивной) составляющей переменного тока, поступающего из сети в обмотку статора.

Четвертую букву алфавита откроем генераторным режимом. Что вам известно об этом?

Генераторный режим

В соответствии с принципом обратимости электрических машин, асинхронные машины могут работать не только в двигательном, но и в генераторном режимах. Для этого необходимо возбудить асинхронную машину, подключив ее обмотку статора к трехфазной сети, и посредством приводного двигателя (турбина, двигатель внутреннего сгорания) привести во вращение ротор машины в направлении вращения магнитного поля статора с частотой, превышающей частоту вращения этого поля n₂ > n₁. В этих условиях характер движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы), так как ротор будет обгонять поле статора, и скольжение станет отрицательным, т. е.

ЭДС, наведенная вращающимся полем статора в обмотке ротора вращающегося с частотой n₂ > n₁, изменит свое направление и превысит напряжение сети. При этом асинхронная машина из потребителя электроэнергии превратится в источник и будет отдавать в сеть активную мощность P₂, являющуюся преобразованной механической мощностью приводного двигателя. Другими словами, асинхронная машина будет работать в генераторном режиме.

Что такое двигательный режим?

Двигательный режим

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n₂ = 0). При этом скольжение s равно единице. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой n₂ лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n₁ и скольжение весьма мало отличается от нуля (s~0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением s_ном. Для асинхронных двигателей общего назначения s_ном = 1…8 %, при этом меньшие значения номинального скольжения соответствуют двигателям большей мощности.

Что такое естественная механическая характеристика?

Естественная механическая характеристика

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату подведенного к обмотке статора напряжения. Эта зависимость имеет большое значение для эксплуатации асинхронных двигателей, так как падение напряжения в сети, например до 0,8 U_1ном, вызовет уменьшение максимального момента до 0,8²М=0,64М„ и двигатель не сможет преодолеть даже незначительной перегрузки, т. е. остановится.

Зависимость n₂ =f(М) при U₁ = const и f=const называется механической характеристикой (рис. 2). Эта характеристика построена в осях (n₂/ n₁)∙100% и (M/ M_ном)∙100%. Рабочая ее часть в пределах от 0 до M_ном, показана сплошной линией. Кривая 1, полученная при замкнутом накоротко роторе, называется естественной характеристикой.

Рисунок 2 – Механические характеристики АД

Жесткая механическая характеристика

Естественная характеристика жесткая, как и у двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. При увеличении нагрузки (момента сопротивления) на валу двигателя частота вращения падает незначительно.

«Звезда»

Асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой.

Искусственная механическая характеристика

Кривая 2 (рис.2) называется искусственной характеристикой. Эта характеристика более мягкая, чем первая, и получается при включении добавочного сопротивления в цепь ротора с фазной обмоткой, что можно использовать для регулирования частоты вращения двигателя (крановые и подъемные устройства).

Коробка выводов

Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис.3). В некоторых двигателях небольшой мощности на панели коробки выводов имеется лишь три вывода. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

а) б)

Рисунок 3 – Расположение выводов обмотки статора (а) и положение

перемычек при соединении обмотки статора звездой и треугольником (6)

Ленц

Эмилий Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц (нем. Heinrich Friedrich Emil Lenz; 12 февраля 1804, Дерпт — 10 февраля 1865, Рим) — знаменитый физик.

От 1823 до 1826 г. принимал участие в качестве физика в кругосветном путешествии Коцебу. Результаты научных исследований этой экспедиции напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831). В 1828 г. выбран адъюнктом академии, а в 1834 г. академиком. Вместе с тем он состоял профессором, а в последние годы и ректором спб. унив. Преподавал также в знаменитой Немецкой школе Святого Петра — Петришуле в 1830-1831 г.г., в Главном Педагогическом институте и в Михайловском артиллерийском училище. Лекции его по физике и физической географии отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Такими же качествами обладали и его известные руководства физики (для гимназии) и физической географии; оба учебника выдержали несколько изданий, но первый из них был особенно распространен. Настолько же блестяща и плодотворна была и научная деятельность академика Ленца.

Главным образом он работал в области электромагнетизма. Выяснению важного значения этих работ посвящены, между прочим, сочинения А. Савельева: «О трудах академика Ленца в магнитоэлектричестве» (СПб., 1854) и В. Лебединского: «Ленц как один из основателей науки об электромагнетизме» (журн. «Электричество» 1895). Главнейшие результаты его исследований излагаются и во всех учебниках физики. Именно:

закон индукции («Правило Ленца»), по которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается (1883 г.).

«Закон Джоуля и Ленца»: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника (1844).

Опыты, подтверждающие «явление Пельтье»; если пропускать гальванический ток через висмутовый и сурьмяной стержни, спаянные концами и охлажденные до 0°C, то можно заморозить воду, налитую в ямку около спая (1838).

Опыты над поляризацией электродов (1817) и т. д.

Ректор Петербургского университета академик Э. X. Ленц — один из основоположников теории электромагнетизма и русской школы физиков. Он раскрыл принцип электромагнитной индукции и сформулировал закон, носящий его имя (1833 г.), Э. X. Ленд теоретически установил обратимость электрических машин и установил закон теплового действия тока (закон Джоуля— Ленца).

Максвелл

МАКСВЕЛЛ, ДЖЕЙМС КЛЕРК (Maxwell, James Clerk) (1831–1879), английский физик. Родился 13 июня 1831 в Эдинбурге в семье шотландского дворянина из знатного рода Клерков.

В 1860–1865 Максвелл создал теорию электромагнитного поля, которую сформулировал в виде системы уравнений (уравнения Максвелла), описывающих основные закономерности электромагнитных явлений: 1-е уравнение выражало электромагнитную индукцию Фарадея; 2-е – магнитоэлектрическую индукцию, открытую Максвеллом и основанную на представлениях о токах смещения; 3-е – закон сохранения количества электричества; 4-е – вихревой характер магнитного поля.

Неподвижная часть АД

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 7 и сердечника 6 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, увеличивающих поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 6.

На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Охлаждение электрических машин

Охлаждение электрических машин — отвод тепла от активных Частей вращающихся электрических машин.

При прохождении тока по обмоткам электрических машин в них выделяется тепло, что приводит к нагреву обмоток. Если температура нагрева превышает значение, допустимое для используемой Изоляции, то происходит ее тепловое старение. В результате изоляция теряет электрическую и механическую прочность, что может явиться причиной ее повреждения и нарушения работоспособности электрической машины. Для поддержания требуемого температурного режима служит охлаждение.

Эффективность того или иного способа охлаждения определяется теплопроводностью изоляции и теплоемкостью хладагента, а также характером и скоростью его перемещения внутри и вне электрической машины. В качестве хладагента используются воздух, вода, масло и т.д. Жидкий хладагент может служить для охлаждения как ротора, так и статора электрической машины, причем направление его движения может быть свободным или упорядоченным.

Принцип действия АД

Вращающийся со скоростью n₁ постоянный подковообразный магнит (рис. 4) создает вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает токопроводящий диск (медный или алюминиевый) и наводит в нем по закону электромагнитной индукции э.д.с. Е. Под действием э.д.с. Е в диске возникает ток I, который создает магнитный поток Ф. За счет взаимодействия двух магнитных потоков, диска и магнита, диск вращается в ту же сторону, что и подковообразный магнит. Причем n₁ всегда будет больше n₂. Такое вращение получило название асинхронного. Скорость вращения диска n₂ не может достигнуть скорости вращения магнита и,, так как в этом случае в диске не будет наводится э.д.с. Описанный принцип асинхронного вращения лежит в основе принципа действия асинхронного двигателя.

Рисунок 4 – Проводящий диск в магнитном поле

Ротор

Ротор — вращающаяся часть машины, состоит из вала, на котором располагается сердечник, набранный из отдельных листов электротехнической стали и обмотки. По типу ротора машины делятся на машины с короткозамкнутым ротором и на машины с фазным ротором (с контактными кольцами).

Скольжение

Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Величина, характеризующая отставание скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора, называется скольжением:

Обычно скольжение выражают в процентах, в зависимости от мощности двигателя скольжение изменяется от двух до восьми процентов.

«Треугольник»

Двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 380 В, то обмотку статора следует соединить треугольником. Напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В.

Устройство АД

Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 5. Двигатель состоит из статора 1 с рабочими обмотками, ротора 3 с лопастями вентилятора 2 и двух ш;итов с подшипниками для вала ротора и вентиляционными отверстиями 4.

Рисунок 5 – Устройство АД

Начала и концы обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя выводятся на щиток корпуса. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали (см. рис. 5), с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса» (рис. 5). Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

Таким образом, если способное вращаться вокруг оси «беличье колесо» поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Для увеличения вращающего момента короткозамкнутый ротор помещен внутри стального сердечника.

Фазный ротор

Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, обычно соединенную по схеме «звезда» и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щеток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы.

В двигателях с фазным ротором имеется возможность увеличивать пусковой момент до максимального значения с помощью пускового реостата, тем самым уменьшая пусковой ток. Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке.

Фазный ротор — вращающаяся часть асинхронной мащины, содержащая разомкнутую обмотку, предназначенную для подключения к внешней цепи.

Асинхронные двигатели с фазным ротором используются в тех случаях, когда необходимо ограничить пусковой ток и получить большой пусковой момент. Обмотка фазного ротора соединяется с пусковым реостатом посредством контактных колец и щеток. При этом пусковой реостат может содержать в каждой фазе резисторы с одинаковым или различным значением сопротивления. При пуске двигателей большой мощности используются жидкостные пусковые реостаты. Запуск асинхронного двигателя производится путем последовательного закорачивания секций пускового реостата до полного закорачивания обмотки ротора (рис. 5).

Рисунок 5 – Фазный ротор

Холостой ход

Холостой ход электрической машины — состояние электрической машины, в котором она не осуществляет преобразование энергии.

Холостой ход электродвигателя — состояние электродвигателя в котором потребляемая им мощность расходуется только на преодоление момента сопротивления, обусловленного трением в подшипниках и потерями на охлаждение.

Холостой ход электродвигателя осуществляется путем подачи на его обмотку номинального напряжения питания при отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения электродвигателя равна номинальному значению, или несколько выше его, а ток потребления имеет минимальное значение.

Цилиндр

Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится трехфазное напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Частота вращения

Три фазы статорной обмотки располагаются под углом 120° друг относительно друга и при подключении к трехфазной сети создают вращающееся магнитное поле с частотой

где f — частота тока сети;

p — число пар полюсов.

Обычно каждая фаза разбивается на секции – полюсы. От числа пар полюсов зависит частота вращения (табл.1)

Таблица 1

n₁, мин^-1

3000

1500

1000

750

600

500

Шихтованная конструкция

С целью ослабления вихревых токов сердечник статора делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Щеткодержатель

В АД с фазным ротором для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 6) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу.

Рисунок 6 – Щеткодержатель

Подводя итог всему сказанному, возникает вопрос: «Почему всё-таки электродвигатель вращается?»

Электродвигатель

Вступительный экзамен в ВУЗе. Экзаменатор:

— Объясните, пожалуйста, почему крутится электродвигатель.

— А потому что электричество.

— Что ж это за ответ? Отчего же тогда электрический утюг не крутится?

— А потому что не круглый.

— Ну хорошо, а электроплитка? Круглая? Почему она не крутится?

— А потому что шершавая, трение в ножках.

— Ладно… А лампочка! Электрическая! Круглая! Гладкая! Без ножек! Почему лампочка не крутится?

— А лампочка-то как раз и крутится.

-???!!!

— А вот когда вы ее в патроне меняете, что вы делаете? Вы ведь ее крутите!

— Нда-а… в самом деле… кручу хм… Да! но ведь это Я ее кручу, а не она сама…

— Ну, знаете, само по себе вообще ничто не крутится! Вон электродвигателю тоже, небось, электричество нужно!

Кто же нас снабжает электричеством?

Южные электрические сети

Предприятие «Рославльские (Южные) электрические сети» было создано на базе Рославльского района электрических сетей «Сельэлектро» и| участка Смоленских воздушных высоковольтных сетей. За предприятием была закреплена зона обслуживания на четверти территории области. Она охватывала шесть административных районов: Рославльский, Шумячский, Ершичский, Починковский, Хиславичский, Монастырщинский.

В 1970 г. в состав предприятия вошла Рославльская ТЭЦ.

В 1993 г. произошло акционирование энергетики, и Рославльские электрические сети как филиал вошли в состав ОАО «Смоленскэнерго».

В 2003 г., в связи с ликвидацией предприятий «Смолоблкоммунэнерго», Южные электрические сети возобновили эксплуатацию городских (поселковых) электрических сетей.

Итак, мы добрались до конца, буквы «Я».

Якоби

Якоби Борис Семенович

Якоби (Мориц-Герман Jacobi, Борис Семенович, 1801 — 1874) — физик; по окончании курса в Геттингене Я. переехал в Кенигсберг, где занимался архитекторской практикой. В 1835 г. был приглашен в дерптский университет. На кафедру гражданской архитектуры. В 1837 г. был откомандирован в комиссию для исследования применений электромагнитов к движению машин. Совместно с академиком Ленцем Якоби исследовал электромагнитные притяжения и законы намагничивания железа. Для этой цели он построил особый реостат, названный им вольт-агометром. В 1839 г. Якоби построил лодку с электромагнитным двигателем, который от 69 элементов Грове развивал 1 лошадиную силу и двигал лодку с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое применение электромагнетизма к передвижению в больших размерах.

Асинхронные двигатели

Подробности: Категория: Общая электроника и электротехника

Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки.

Асинхронная машина, как и другие электрические машины, обладает свойством обратимости, т. е. она может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Трехфазный асинхронный двигатель был изобретен русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1890 г. и с тех пор, подвергаясь усовершенствованиям, прочно занял свое место в промышленности и получил массовое распространение во всех странах мира.

Асинхронный двигатель имеет две основные части – статор и ротор. Статором называется неподвижная часть машины. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным переменным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его также уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 и 0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается возможно малым.

В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами.

Асинхронные двигатели делятся на бесколлекторные и коллекторные. Наибольшее распространение получили бесколлекторные двигатели. Они применяются там, где требуется приблизительно постоянная скорость вращения и не требуется ее регулировка. Бесколлекторные двигатели просты по устройству, безотказны в работе и имеют высокий КпД.

Если подключить обработку статора к сети трехфазного переменного тока, то внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного тока ротора и индуктировать в ней ЭДС. Ротор при своем вращении не может догнать вращающееся магнитное поле статора. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле статора, то токи в обмотке ротора исчезнут.

С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с полем статора и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля статора. Однако при этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем статора и на ротор снова будет воздействовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться асинхронно (не в такт с магнитным полем), почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Устройство асинхронного двигателя следующее. На неподвижной части двигателя – статоре размещается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе двигателя. Так как в обмотках статора протекает переменный ток, то по стали статора будет проходить переменный магнитный поток. Для уменьшения вихревых токов, возникающих в статоре, его делают из отдельных штампованных листов легированной стали толщиной 0,35 и 0,5 мм. Недостатки: трудность регулировки скорости вращения и большой пусковой ток. Поэтому наряду с ними применяют еще асинхронные двигатели с фазным ротором.

Устройство статора такого двигателя и обмотка его не отличаются от устройства статора двигателя с ко-роткозамкнутым ротором. Различие между двумя этими двигателями заключается в устройстве ротора. Электродвигатель с фазным ротором имеет ротор, на котором, как и на статоре, помещены три фазные обмотки, соединенные между собой звездой.

2-3-2. Принцип вращения асинхронного двигателя

Рис. 2.35 Силовой двигатель для промышленного использования

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

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

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

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

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

Рис. 2.36 Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором

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

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

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

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

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

Ниже приводится краткое описание принципа вращения асинхронных двигателей.

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

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

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

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

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

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

Конструкция конденсаторного двигателя показана на рис. 1.2 главы 1.

Асинхронный двигатель

| Почему вращается ротор

Асинхронный двигатель , также известный как асинхронный двигатель — это обычно используемый электродвигатель переменного тока.Для асинхронного двигателя электрический ток или переменный ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. Ротор асинхронного двигателя может использоваться как ротор с короткозамкнутым ротором.

Почему вращается ротор

При трехфазном питании статора. Этот ток течет к обмотке статора (проводнику). Затем он создает магнитный поток и вращается вокруг проводника по часовой стрелке.Магнитный поток, наводимый на стержень ротора по закону электромагнитной индукции. Для этого потока ротор получает магнитодвижущие силы, и ротор создает вращающий момент.

Наконец, ротор вращается в том же направлении, что и магнитный поток.

почему асинхронный двигатель называется асинхронным двигателем?

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора , и ротора . Нет магнитной и электрической связи между ними. Электрический поток, наведенный на ротор согласно закону Фарадея, электромагнитная индукция.Для этого асинхронный двигатель называется асинхронным двигателем.

Лучшая статья по УПРАВЛЕНИЮ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ОТКЛЮЧЕНИЕ, СЕРИЯ И СОЕДИНЕНИЕ)

Ссылка по теме:

Сравнить цены на электроэнергию для предприятий | Ставки | Котировки поставщиков | Советы по сохранению

Автоматический выключатель | Работа и типы автоматического выключателя

Что такое предохранитель? Виды предохранителей и их применение.

Принцип работы рупорной антенны | Практическое применение | Преимущества и недостатки

Различные типы антенн с характеристиками | Их работа

Что такое выпрямитель? Объясните различные типы выпрямителей

Полупроводниковый диод / Типы диодов / и их применение

Преобразование преобразования звезды в треугольник

Как это:

Как загрузка…

Сопутствующие

Резюме

Название изделия

Асинхронный двигатель | Почему вращается ротор | Принцип работы

Описание

Почему вращается ротор -При трехфазном питании статора. Этот ток течет к обмотке статора. Затем он производит магнитный поток …

Автор

Мизан

Имя издателя

Мизан владелец ICEEET

Логотип издателя

Вращение ротора двигателей переменного тока

Как упоминалось в нашей предыдущей статье о вращающихся магнитных полях двигателей переменного тока , в этой статье будет рассмотрено, как магнитное поле на самом деле создает крутящий момент и вращает нагрузку.Если вы новичок в этой серии, вы можете начать с нашей статьи о конструкции двигателей переменного тока. В противном случае мы сразу перейдем к вращению ротора.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Чтобы проиллюстрировать, как работает ротор, представьте установку магнита на вал в качестве замены ротора с короткозамкнутым ротором. Как подробно рассказывалось в нашей последней статье, когда энергия проходит через обмотки статора, образуется вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, образованное обмотками статора, затем будет взаимодействовать с отдельным магнитным полем, создаваемым установленным на валу магнитом.Это взаимодействие между магнитными полями следует основам моторного магнетизма и полярности.

Например, южный полюс магнита притягивается к северному полюсу вращающегося магнитного поля. Точно так же северный полюс магнита притягивается к южному полюсу вращающегося магнитного поля. В результате магнит может вращаться, когда его тянет вращающееся магнитное поле. Эта конструкция, используемая в некоторых двигателях, известна как синхронный двигатель с постоянными магнитами.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ НАПРЯЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Теперь давайте вернем ротор с короткозамкнутым ротором вместо установленного на валу магнита.В основном они ведут себя одинаково. Если на статор подается электричество, ток будет проходить через обмотку и расширять электромагнитное поле. Это расширенное поле будет пересекать стержни ротора.

Напряжение (или электродвижущая сила [ЭДС]) индуцируется, когда стержень ротора или другой тип проводника попадает в магнитное поле. В стержне ротора индуцированное напряжение создает ток. Ток протекает через стержни ротора и вокруг концевого кольца. По мере протекания тока вокруг каждого стержня ротора создается больше магнитных полей.

В цепи переменного тока ток регулярно меняется по направлению и величине. Вот почему ток также вызывает регулярное изменение полярности магнитного поля ротора и статора. В результате ротор с короткозамкнутым ротором образует электромагнит с чередующимися северным и южным полюсами.

На рисунке ниже представлен момент времени, когда ток через обмотку A1 создает северный полюс. Увеличивающееся магнитное поле распространяется по соседнему стержню ротора, что индуцирует напряжение.В результате в зубе ротора создается магнитное поле южного полюса. Затем ротор следует вращающемуся магнитному полю статора.

SLIP

Поскольку ротор следует вращающемуся магнитному полю статора, необходимо различать скорость. Причина этого в том, что если бы оба они вращались с одинаковой скоростью, они бы не разделяли относительное движение. Без относительного движения никакие линии магнитного потока не будут обрезаны, а ротор не получит индуцированного напряжения. Различие в скорости известно как «скольжение».”ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОМЕНТА МОМЕНТА НЕОБХОДИМА ПРОКЛАДКА . Величина нагрузки определяет скольжение. Если величина нагрузки увеличивается, скольжение увеличивает или замедляет ротор. При уменьшении нагрузки скольжение уменьшится или ускорит ротор. Скольжение отображается в процентах и рассчитывается по формуле ниже.

В качестве примера представьте, что четырехполюсный двигатель 60 Гц имеет синхронную скорость (NS) 1800 об / мин. Предположим, что частота вращения ротора (при полной нагрузке) составляет 1765 об / мин (NR). Если следовать формуле, промах равен 1.9%.

ДВИГАТЕЛЬ С НАВИВКОЙ РОТОРА

Теперь давайте отойдем от более распространенного ротора с короткозамкнутым ротором и исследуем намотанный ротор. Одно из отличий ротора с обмоткой от ротора с короткозамкнутым ротором состоит в том, что он состоит из катушек, а не стержней. Эти катушки подключены к внешним переменным резисторам через щетки и контактные кольца. Напряжение индуцируется в обмотках ротора вращающимся магнитным полем. Скорость двигателя можно регулировать, увеличивая или уменьшая сопротивление обмотки ротора:

Скорость двигателя может быть уменьшена на увеличена сопротивление обмоток ротора, что приводит к меньшему протеканию тока.
Скорость двигателя может быть увеличена на уменьшена сопротивление обмоток ротора, что позволяет пропускать больший ток.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Третий тип двигателя переменного тока — это синхронный двигатель, который не является асинхронным. Один тип построен аналогично ротору с короткозамкнутым ротором; однако он имеет обмотки катушки И стержни ротора. Щетки и контактные кольца подключают обмотки катушки к внешнему источнику постоянного тока. Когда к статору подается переменный ток, синхронный двигатель запускается подобно ротору с короткозамкнутым ротором.После того, как двигатель наберет максимальную скорость, на катушки ротора подается постоянный ток. Это создает сильное постоянное магнитное поле в роторе, которое соответствует вращающемуся магнитному полю. В результате ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле (или синхронной скоростью). Следовательно, нет пробуксовки. Различные типы синхронных двигателей имеют ротор с постоянными магнитами. В этом случае внешний источник постоянного тока не нужен, потому что ротор представляет собой постоянный магнит. Эти типы можно найти на синхронных двигателях малой мощности.

ПОДРОБНЕЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Мы надеемся, что это руководство по вращению ротора двигателей переменного тока помогло вам лучше понять, как работают электродвигатели. Если вы хотите узнать больше, ознакомьтесь с другими нашими ресурсами, посвященными терминологии двигателей переменного тока и тому, как читать паспортные таблички электродвигателей.

Woods Air Movement — Основные двигатели — Основные принципы — Асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели переменного тока

Типы двигателей, которые чаще всего используются в вентиляторах Woods Air Movements, — это асинхронные двигатели переменного тока.Они могут работать напрямую от электросети, они надежны, не требуют особого обслуживания и относительно невысоки.

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

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

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

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

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

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

Основное уравнение для определения синхронной скорости выглядит следующим образом:

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

Количество полюсов для каждой фазы

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

2 x 50 x 60 = 3000 об / мин

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

Ротор

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

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

Рисунок 2. Ротор типа «беличья клетка»

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

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

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

Скольжение = Синхронная скорость — скорость ротора

Синхронная скорость

Конструкция ротора

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

Рисунок 3. Типовая конструкция ротора

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

Рисунок 4. Компоненты асинхронного двигателя переменного тока общего назначения

Однофазные асинхронные двигатели переменного тока

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

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

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

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПРОЧИТАТЬ ЧАСТЬ 3 Электродвигатель | Британника
Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности.В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.
Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений цикла.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t ₁ на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, а в фазах b и c — вдвое отрицательным. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a является положительным на половину значения. Результат, как показано на рисунке для t ₂, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для т ₃, т ₄, т ₅ и т ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом из них, пропорциональное величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены друг с другом на каждом конце, в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке показана диаграмма токов ротора для мгновенного t ₁ рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.
Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.
Британская энциклопедия, Inc.
Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле в присутствии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Полный ток статора в каждой фазной обмотке складывается из синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.
Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.
За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.
В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже скорости поля (часто называемая синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.
Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты, построив машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.
Основы однофазного двигателя
В электротехнике однофазная электроэнергия — это распределение электроэнергии переменного тока с использованием системы, в которой все напряжения источника питания изменяются в унисон. Вот некоторые основы однофазного двигателя.
Однофазное распределение используется, когда нагрузки в основном связаны с освещением и обогревом, с небольшим количеством больших электродвигателей в домах, коммерческих и промышленных помещениях. Однофазная система более экономична.
Однофазные асинхронные двигатели можно легко собрать с меньшими затратами, и они надежны с точки зрения ремонта и технического обслуживания. Эти преимущества делают однофазную систему полезной для таких предметов, как вентиляторы, пылесосы, стиральные машины, воздуходувки, центробежные насосы и даже небольшие игрушки.
Одна фаза создает колеблющееся магнитное поле, которое движется вперед и назад, а не вращающееся магнитное поле. В результате настоящий однофазный двигатель имеет нулевой пусковой момент.После того, как ротор начинает вращаться, он продолжает вращаться из-за колеблющегося магнитного поля в статоре.
Для сборки однофазного асинхронного двигателя требуются обычно две основные части: ротор и статор. Ротор — это вращающаяся часть двигателя, и он связан с механической нагрузкой через вал. Однофазные асинхронные двигатели имеют концентрические катушки. Статор — это неподвижная часть двигателя, и на статор подается однофазный переменный ток.
Однофазное питание переменного тока поступает на обмотку статора двигателя, и переменный ток начинает течь через статор. Этот переменный ток создает переменный поток, известный как основной поток. Основной поток соединяется с проводниками ротора, которые затем разрезаются.
В роторе начинает течь ток, и этот ток называется током ротора. Поток ротора создается из этого тока. Два потока, основной поток и поток ротора, создают крутящий момент, необходимый для вращения двигателя.
Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стального ламината, типичного для многофазных асинхронных двигателей.
Есть несколько типов однофазных двигателей:
Двигатель с экранированными полюсами. Это очень простые двигатели, в которых не используется конденсатор. Их низкий КПД делает их пригодными для приложений с низким энергопотреблением.
Двигатель с расщепленной фазой. В этом двигателе также не используется конденсатор.Они недороги и обладают низким пусковым моментом и высоким пусковым током.
Двигатель с постоянным разделенным конденсатором (PSC). Этот двигатель часто называют однозначным конденсаторным двигателем. Он может использовать центробежный переключатель для отключения фазы пуска, когда двигатели набирают обороты. Поскольку в нем используется конденсатор, этот тип двигателя обеспечивает более высокий пусковой момент и более высокий КПД, чем двигатели без конденсатора.
Конденсаторный двигатель с двумя номиналами. Этот тип имеет те же преимущества, что и двигатель PSC.Конденсаторные двигатели с двумя номиналами могут использовать центробежный переключатель для отключения фазы пуска, когда двигатель набирает обороты. Он имеет более высокий пусковой момент и более высокий КПД, чем двигатели без конденсатора.
Большинство сбоев происходит из-за их использования в неподходящем приложении. Обратите особое внимание на требования к применению, прежде чем выбирать двигатель для замены вышедшего из строя или для новой конструкции.
Днем или ночью служба IER Services дежурит, чтобы ваши системы работали на полной скорости.У нас есть службы экстренной помощи, доступные 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Позвоните в IER Services сегодня по телефону 614-298-1600.
Как работает асинхронный двигатель? | EEFAQ
Асинхронный двигатель — это наиболее часто используемый электродвигатель в любой отрасли, в которой используется поворотный механизм. Примерно 50% мировой электроэнергии используется для работы асинхронных двигателей. Электровозы, текстильные фабрики, компрессоры, насосы, вентиляторы и даже фен — асинхронные двигатели есть везде.Давайте разберемся с принципом работы этой удивительной электрической машины.
Асинхронный двигатель, как и любой двигатель, имеет ротор — вращающуюся часть, а статор — неподвижную часть. Статор показан на рисунке 1.
Рисунок 1 — Статор асинхронного двигателя
Сердечник статора ламинирован и закреплен внутри корпуса двигателя. Сердечник статора имеет пазы на внутренней периферии для размещения обмоток статора. Обмотка может быть одно-, двух- или трехфазной. Мы ограничимся обсуждением трехфазных асинхронных двигателей, поскольку это легче понять.
Рассмотрим упрощенную конструкцию статора, показанную на рисунке 2.
Рисунок 2 — Упрощенная конструкция статора
Обмотки каждой фазы смещены друг относительно друга на 120 °. То есть фазовая ось a находится под углом 120 ° с фазовыми осями b и c . Поскольку обмотки распределены по пространству, они известны как обмотки с пространственным распределением . Если бы мы подали напряжение на обмотки, один проводник каждой фазы будет проводить ток через экран, а другой — на экран, отсюда и точки и крестики.Чтобы найти направление магнитного поля, создаваемого фазной обмоткой, мы можем использовать правило большого пальца правой руки. Согласно этому правилу, когда мы сгибаем пальцы в направлении тока в обмотке, большой палец указывает направление магнитного поля, создаваемого током в обмотке. Применение правила к проводникам фаз и дает направление Ba — магнитное поле, создаваемое обмотками фаз и , как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 — Направление магнитного поля асинхронного двигателя
Направление магнитного поля Bb и Bc фаз b и c соответственно можно определить аналогичным образом, применив правило правого винта.Они показаны на рисунке 4.
Рисунок 4 — Направление магнитного поля всех трех фаз в асинхронном двигателе
Следует отметить, что, поскольку статор и, следовательно, обмотки статора неподвижны, магнитное поле, создаваемое обмотками также стационарный. Они ограничены изменением по неподвижным осям. Величина магнитного поля определенной фазы в любой момент времени зависит от величины тока в обмотке в этот момент. С другой стороны, направление магнитного поля зависит от ощущения напряжения и, следовательно, от направления потока тока — если ток отрицательный, направление магнитного поля меняется на противоположное.Это можно увидеть на гифке ниже.
Фазовое напряжение и распределение магнитного поля в пространстве
Трехфазный источник питания представляет собой набор из трех напряжений, сдвинутых по фазе на 120 ° — напряжения достигают своего пика, сдвинутого по фазе на 120 ° друг с другом. При подаче питания на обмотки фаз b и c возникают одинаковые магнитные поля, изменяющиеся вокруг их фазовых осей. Это показано на GIF-изображении ниже.
Трехфазное напряжение и распределение магнитного поля в пространстве
В блестящем наблюдении, сделанном Никола Тесла, он обнаружил, что когда на пространственно-распределенную трехфазную обмотку подается питание с помощью сдвинутого во времени трехфазного источника питания, возникает одно вращающееся магнитное поле. (сокращенно RMF) получается за счет наложения отдельных магнитных полей.Чтобы понять это графически, обратитесь к изображению ниже.
Результирующее распределение магнитного поля в пространстве
Черный вектор (вектор — это вращающийся вектор) на самом деле является графическим суммированием Ba, Bb и Bc. Когда мы складываем магнитные поля, создаваемые фазами a, b и c (которые являются стационарными), мы получаем магнитное поле, которое вращается в пространстве — вращающееся магнитное поле. Еще одно наблюдение, которое можно сделать на этом этапе, заключается в том, что величина этого вращающегося магнитного поля постоянна и равна 1.5-кратное максимальное магнитное поле, создаваемое каждой из фаз по отдельности.
Это вращающееся магнитное поле вращается со скоростью, известной как синхронная скорость нс . Синхронная скорость является функцией частоты f питания статора и количества полюсов P , на которые намотана обмотка статора. Отношение можно описать следующим образом:
Обратите внимание, что статор здесь неподвижен, но вращающееся магнитное поле вращается с синхронной скоростью относительно статора.
Давайте теперь немного поговорим о роторе. Обычно используется ротор с короткозамкнутым ротором, показанный на рисунке 5.
Рисунок 5 — Ротор с короткозамкнутым ротором
Сердечник ротора имеет прорези на внешней периферии и вал в центре. В каждом из пазов ротора находится толстый стержень из металлического (обычно алюминиевого или медного) проводника. Стержни всех пазов ротора свариваются на обоих концах с помощью двух концевых колец, жестко фиксируя их на месте и придавая ротору прочную конструкцию.Концевые кольца, которые сами являются проводниками электричества, эффективно замыкают все стержни ротора, и если в стержнях должна возникать ЭДС, ток будет течь в стержнях ротора, поскольку это замкнутая цепь. Без сердечника ротора проводники ротора и концевые кольца выглядят как пустая беличья клетка — отсюда и название. Штанги ротора не прямые, а перекошенные для эксплуатационных преимуществ, что выходит за рамки данного обсуждения.
Итак, мы узнали, как генерируется RMF, и обсудили ротор.Теперь пришло время понять, как движется асинхронный двигатель.
Предполагая, что ротор изначально находится в состоянии покоя, когда на статор подается питание от трехфазного источника питания, RMF, создаваемый результирующим магнитным полем статора, проходит через неподвижные проводники ротора с синхронной скоростью, разрезая проводники. Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в магнитное поле, в нем индуцируется ЭДС. RMF индуцирует ЭДС в проводниках ротора. Ротор, будучи замкнутым контуром, имеет ток, протекающий по проводникам ротора.Как только это происходит, ситуация аналогична ситуации, когда проводник с током испытывает электромагнитную силу, когда помещается в магнитное поле.
Согласно закону Ленца, направление силы должно противодействовать самой причине, вызывающей ее, а именно относительной скорости между RMF и неподвижными проводниками ротора. Единственный способ противодействовать этой индукции ЭДС — уменьшить относительную скорость между ротором и RMF — ротор начинает вращаться в направлении RMF.Таким образом, ротор пытается догнать вращающееся магнитное поле.
Скажем, ротор полностью догоняет RMF, что теперь? Из-за того, что относительная скорость уменьшается до 0, индукция ЭДС прекращается — больше нет тока в проводниках ротора и, следовательно, больше нет электромагнитной силы. Ротор начинает замедляться, и все действие повторяется. Вот почему асинхронный двигатель всегда работает с синхронной скоростью , близкой к , но никогда не работает с синхронной скоростью.