Принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: Принцип работы асинхронного двигателя

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.

www.syl.ru

Асинхронный двигатель: устройство, виды, принцип работы

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. 

Содержание статьи

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.

elektroznatok.ru

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: конструкция, принцип работы

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

n₁ = (f₁*60) / p, где n₁ – синхронная частота,  f₁ – частота переменного тока, а p – количество пар полюсов.

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: n_s=n₁–n₂, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( n_s / n₁) = 100% * (n₁ — n₂) / n_{1 ,} где n_s – частота скольжения; n_1, n₂ – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

• стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
• высокой надёжностью в эксплуатации;
• низкие эксплуатационные затраты;
• долговечностью функционирования без обслуживания;
• сравнительно высокими показателями КПД;
• невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

• высокие пусковые токи;
• чувствительность к перепадам напряжений;
• низкие коэффициенты скольжений;
• необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
• ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

www.asutpp.ru

Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

   Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

Простыми словами о сложном

На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

   Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

   Рис. 2  Правило левой руки

Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

   Рис. 3  Рамка

Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

Далее.

Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке.

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

   Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

   Рис. 4.2

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

   Рис. 4.3

И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

   Рис. 4.4

И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

   Рис. 4.5

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

   Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

   Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

   Рис. 6  Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

   Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

   Рис. 8

И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

   Рис. 9  Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

   Рис. 10  (Рис.1)

Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

Смотрите также по этой теме:

   Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

   Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

powercoup.by

Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

• Неподвижной части (якорь или статор).
• Подвижной части (ротор или индуктор).
• Вентилятора.
• Контактных колец.
• Щеток.
• Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

• Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
• С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

• Работу при высоком значении коэффициента мощности.
• Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
• Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
• Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
• Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

• Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
• Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
• Сложность пуска.
• Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

• Для улучшения коэффициента мощности.
• В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

www.szemo.ru

Однофазный асинхронный двигатель. Назначение, устройство, принцип действия.

Однофазные асинхронные двигатели — машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).

Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга на угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Схема включения однофазного асинхронного двигателя

Рис. 1

Это поле можно представить двумя составляющими — одинаковыми круговыми магнитными полями прямой и обратной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в противоположные стороны с одной и той же скоростью. Однако при предварительном разгоне ротора в необходимом направлении он при включенной рабочей фазе продолжает вращаться в том же направлении.

По этой причине пуск однофазного двигателя начинают с разгона ротора путем нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые сдвинуты по фазе на величину, зависящую от параметров фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки или конденсатора, и элементов электрических цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине вращающееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая периодически и монотонно изменяется в пределах максимального и минимального значений, а конец ее вектора описывает эллипс.

Это эллиптическое вращающееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазного двигателя в направлении вращения поля, и он в течение нескольких секунд достигает почти номинальной скорости.

Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазный, поддерживаемый в дальнейшем соответствующей составляющей переменного магнитного поля, которая при своем вращении несколько опережает вращающийся ротор из-за скольжения.

Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазного асинхронного двигателя от питающей сети необходимо в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим кратковременный режим работы — обычно до 3 с, что исключает длительное пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.

Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Рис. 2: а, в — соединение для правого вращения ротора; б, г — соединение для левого вращения ротора

Повышение надежности эксплуатации однофазных асинхронных двигателей обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и теплового реле с аналогичными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).

Центробежный выключатель автоматически отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а тепловое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.

Перемена направления вращения ротора достигается изменением направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске путем переключения пусковой кнопки и перестановки металлической пластины на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) или только перестановкой двух аналогичных пластин (рис. 2, в, г).

Трехфазный асинхронный электродвигатель

Конструкция асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f₁ и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

• где n₁ – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
• f₁ – частота переменного тока, Гц,
• p – число пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n₂ меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n₁.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n₂<n₁. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения n_s=n₁-n₂. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

• где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
• n₁ – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
• n₂ – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n₂ = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.

Преобразование энергии

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — один из самых популярных типов электродвигателей переменного тока, которые обеспечивают электромеханическое преобразование энергии через статор и ротор с короткозамкнутым ротором за счет электромагнитной индукции.

Вот почему его называют асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
Обычно мы используем двигатели в промышленных приводах, потому что они прочные, надежные и экономичные.
Кстати, асинхронный двигатель еще называют асинхронным, потому что он работает со скоростью ниже, чем его синхронная скорость.
В этой статье я сосредоточусь на принципе работы асинхронного двигателя.
Однако еще до того, как я это сделаю, важно знать различные части асинхронного двигателя.

Никола Тесла (10 июля 1856 — 7 января 1943), сербско-американский изобретатель, инженер-механик, инженер-электрик.

Он считается одним из важных сторонников коммерциализации электроэнергии из-за дизайна современных систем переменного тока.

На основе теории электромагнитного поля, открытой Майклом Фарадеем, Тесла изобрел асинхронный двигатель в 1887 году, и его теория электромагнетизма стала краеугольным камнем современной беспроводной связи и радио.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

На самом деле, когда мы подаем питание переменного тока обмотки статора, ток, протекающий в катушке, будет создавать магнитный поток в катушке.

Теперь установите обмотки ротора на короткое замыкание.

Поток от статора будет разрезать катушки в роторе, а закон электромагнитной индукции Фарадея заставит ток течь в катушке ротора из-за короткого замыкания катушки ротора.

Поток тока статора и ротора создает два потока, один — поток статора, а другой — поток ротора, и поток ротора будет отставать от потока статора.

Таким образом, ротор будет ощущать крутящий момент, который вращает ротор в направлении вращающегося магнитного потока.

Следовательно, скорость ротора будет зависеть от мощности переменного тока, и скорость можно контролировать, изменяя входную мощность.

Собственное скольжение — неравная частота вращения поля статора и ротора

Трехфазный источник питания обеспечивает вращающееся магнитное поле в асинхронном двигателе

Части трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Ротор состоит из сердечника ротора, обмотки ротора и вращающегося вала.

Сердечник ротора также является частью основной магнитной цепи, обычно толщиной 0.Пакет из кремнистой стали толщиной 5 мм, сердечник закреплен на валу или кронштейне ротора.

Весь ротор цилиндрический. Обмотки ротора делятся на клеточные и обмоточные.
В нормальных условиях скорость ротора асинхронного двигателя всегда немного ниже или немного выше скорости вращающегося магнитного поля (синхронная скорость), поэтому асинхронный двигатель также известен как «асинхронный двигатель».
Когда нагрузка асинхронного двигателя изменяется, скорость ротора и скорость скольжения изменяются, так что проводник ротора в электродвижущей силе, токе и электромагнитном моменте, соответственно, изменяется в соответствии с потребностями нагрузки.

В соответствии с положительным и отрицательным и размером скольжения, асинхронный двигатель с двигателем, генератором и электромагнитным тормозом в трех рабочих условиях.

Что такое ротор с короткозамкнутым ротором?
Ротор с короткозамкнутым ротором — это вращающаяся часть обычного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Он состоит из цилиндра из стальных пластин с алюминиевыми или медными проводниками, встроенными в его поверхность.

При работе невращающаяся обмотка «статора» подключена к источнику питания переменного тока; переменный ток в статоре создает вращающееся магнитное поле.

Обмотка ротора имеет ток, индуцируемый полем статора, и создает собственное магнитное поле.

Взаимодействие двух источников магнитного поля создает крутящий момент на роторе.

Покомпонентное изображение частей трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя

1, пусковой крутящий момент небольшой, но его структура проста, высокая надежность, высокая эффективность.
2, может работать в непрерывном режиме.
3, номинальная частота вращения двигателя изменяется в зависимости от величины нагрузки.
4, применяется в случае отсутствия необходимости в остановке скорости.
5, есть двухфазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель.
6, мощность трехфазного асинхронного двигателя U (200 В, 50/60 Гц), T (220 В, 50/60 Гц), S (380-440 В, 50/60 Гц) и т. Д.
7. Ротор асинхронного двигателя не находится под напряжением

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока, фото Hordu Motor

Преимущества трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Некоторые из основных преимуществ, почему вы должны это сделать мотор в комплекте:
1) маленький и легкий;
2) эффективность работы с высокой скоростью и низким крутящим моментом;
3) высокий крутящий момент на малых оборотах и ​​широкий диапазон регулирования скорости;
4) высокая надежность
5) низкие затраты на обслуживание;

Короче говоря, принцип работы любых асинхронных двигателей основан на магнитном потоке статора и короткозамкнутого ротора.
Как видите, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором может легко и просто обеспечить электромеханическое преобразование энергии.

В Hordu — 19-летнем производителе асинхронных двигателей, у нас есть ряд трехфазных асинхронных двигателей, которые различаются по конструкции, технологии и производственной мощности.

Для получения дополнительной информации об асинхронных двигателях Hordu свяжитесь с нашей командой.

Дополнительная литература

Асинхронный двигатель — Источник: hordu motor
Асинхронный двигатель — Источник: Википедия
Ротор с короткозамкнутым ротором — Источник: Википедия
Асинхронный двигатель | Принцип работы | Типы асинхронных двигателей — Источник: electric4u.com
Асинхронные двигатели — Крис Вудфорд
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН — Джефф Клемпнер и Исидор Керсенбаум

Асинхронный двигатель и генератор с короткозамкнутым ротором

ВОЗВРАЩАТЬСЯ ДОМ

ИНДУКЦИОННАЯ МАШИНА С БЕЛОЧНОЙ КЛЕТКОЙ

Принцип работы двигателя и генератора

Вращающееся намагничивающее поле представлен пространственным вектором B _м (или, эквивалентно току намагничивания I _м ) движется с синхронной скоростью ω _s относительно статора (или стационарный) наблюдатель и на скорости скольжения ω _sl = ω _с — ω _м относительно ротора наблюдатель.В моторном режиме работы, где ω _м < ω _s , ротор эффективно движется назад (по часовой стрелке) относительно поля, вызывая в каждом баре напряжение, имеющее указанную полярность и величину, пропорциональную скольжению скорости u и напряженности поля, действующего на стержень (в соответствии с режущее правило v = Blu). Поскольку магнитное поле синусоидально распределено в пространство, поэтому будут индуцированные напряжения в стержнях ротора.Игнорирование эффектов утечка ротора (т.е. предполагая, что ротор является чисто резистивным), в результате токи ротора находятся в фазе с индуцированными напряжениями и, следовательно, имеют синусоидальную форму. распределены в пространстве, изменяясь во времени синусоидально с частотой скольжения; они могут тогда будет представлен пространственным вектором I _r , которые вращаются со скоростью скольжения ω _sl относительно ротора и при синхронной скорости ω _s относительно статора.Так как B _м не может изменяется при фиксированном входном напряжении статора (в соответствии с законом Фарадея) пространственный вектор статора I _R создан для того, чтобы компенсировать влияние ротора так, чтобы результирующий ток статора стал Я _с = Я _R + Я _м . В электромагнитная сила, действующая на стержень ротора, может быть получена из f = Bli правило, и оно действует в положительном или против часовой стрелки (как скорость ротора) в настоящем корпус мотора.Результирующий крутящий момент, развиваемый на роторе, также действует в в том же направлении. Следуйте по пути, по которому движется одна штанга ротора, соблюдая полярность и величину (описываемую размером) тока стержня.

Я н случай генератора где ω _m > ω _s , все полярности и направления поменяны местами, как видно на правом рисунке (за исключением намагничивающий компонент).

Принцип работы, конструкция и применение — pnpntransistor

здесь вы знаете все основные принципы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Здесь вы познакомитесь с принципом работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором , конструкцией, применением и преимуществами асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором .

Введение

Существует два основных типа асинхронных двигателей.Их,

1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
2. индукционный электродвигатель с контактным кольцом

Ранее мы видели полную информацию об асинхронном двигателе с контактным кольцом. Здесь мы знаем основные детали, относящиеся к двигателю с короткозамкнутым ротором.

Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Проще говоря, асинхронный двигатель, в котором используется ротор с короткозамкнутым ротором, называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Причина названия «беличья клетка» связана с типом ротора, который используется в этих двигателях.В двигателях этого типа ротор имеет самую простую и прочную конструкцию.

Эти двигатели имеют гораздо более высокий КПД, чем асинхронные двигатели с контактным кольцом. Большинство отраслей промышленности предпочитают этот тип двигателей из-за меньших затрат на техническое обслуживание, более высокой эффективности и их легкой конструкции. Давайте посмотрим на конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Любой асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Конструкция статора асинхронного двигателя почти такая же, как и у других двигателей.Но конструкция ротора зависит от типа двигателя. Асинхронный двигатель с контактным кольцом состоит из ротора с обмоткой, а асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из ротора с короткозамкнутым ротором.

Статор

Статор — это видимый внешний компонент двигателя. Статор находится во всем двигателе, только обмотка статора зависит от типа двигателя.

источник

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором на пазах статора имеется трехфазная обмотка.Обмотки расположены так, что электрически и механически они разнесены на 120, ^o градусов относительно пространства. Эти обмотки соединены звездой или треугольником. Обмотка статора смонтирована таким образом, чтобы обеспечить низкое сопротивление для потока, генерируемого током переменного тока. Изоляция между обмотками обычно покрывается лаком или оксидом.

Теперь перейдем к конструкции ротора с короткозамкнутым ротором.

Беличья клетка Ротор

Почти 90% асинхронных двигателей оснащены ротором с короткозамкнутым ротором из-за его очень простой, прочной и почти удобной конструкции.

источник

В этом типе двигателя ротор представляет собой цилиндрический сердечник, который имеет многослойную конструкцию, чтобы избежать потерь мощности. Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из алюминиевых или медных стержней, которые размещены параллельно друг другу, и все стержни (проводники) закорочены концевыми кольцами. Проводники ротора и концевые кольца образуют замкнутую цепь. Здесь сердечник ротора ламинирован, чтобы избежать потерь мощности из-за вихревых токов и гистерезиса.

Для двигателей мощностью до 100 кВт ротор с короткозамкнутым ротором изготовлен из литого алюминия.В этом типе ротора токопроводящие шины и концевые кольца постоянно закорочены, поэтому мы не можем подключить какое-либо внешнее сопротивление в цепи ротора для запуска. Ранее мы видели, что можем добавить внешнее сопротивление в ротор асинхронного двигателя с контактным кольцом.

Другие части двигателя: Вентилятор прикреплен к задней стороне ротора для обеспечения теплообмена и, следовательно, поддерживает температуру двигателя на заданном уровне. Подшипники служат в качестве основы для движения ротора, а подшипники обеспечивают плавное вращение двигателя.

В другом варианте пускатель также снабжен двигателем для ограничения пускового тока. Для эффективного пуска асинхронного двигателя используются разные методы. Проверьте это — методы пуска асинхронного двигателя

теперь давайте посмотрим, как работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором? Давайте посмотрим на принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ниже.

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

В двигателях постоянного тока необходимо подавать питание на статор и ротор для возбуждения.Но здесь, в асинхронном двигателе, для работы нам нужно только подать питание на обмотку статора. Собственно, что происходит, посмотрим.

На самом деле, когда мы подаем питание на обмотку статора, тогда в катушке начинает течь ток, что создает магнитный поток в катушке. Теперь здесь обмотки ротора замкнуты накоротко. Наведенный поток от обмотки статора будет разрезать катушки в роторе, и, поскольку закон электромагнитной индукции Фарадея заставит ток течь в катушке ротора из-за короткого замыкания катушки ротора.

Когда ток течет через цепь ротора, он генерирует поток ротора. Итак, здесь есть два потока, один — это поток статора, а другой — поток ротора, и поток ротора будет отставать от потока статора. Таким образом, ротор будет ощущать крутящий момент, который вращает ротор в направлении вращающегося магнитного потока.

Пусковой момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором очень низкий. Скорость ротора будет зависеть от мощности переменного тока, и скорость можно контролировать, изменяя входную мощность источника питания.

Некоторые функции

здесь мы знаем некоторые ключевые характеристики, связанные со скоростью, пусковым током, направлением вращения, скольжением и коэффициентом мощности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Скорость: Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обычно работает с постоянной скоростью. Или, можно сказать, в синхронной скорости.

Пусковой ток: Эти двигатели требуют высокого пускового тока и обеспечивают низкий пусковой момент.

Направление вращения: Направление вращения этих двигателей можно изменить, если поменять местами две линии электропередачи из трех.

Скольжение: Скольжение — это мера разницы между скоростью вращающегося магнитного поля и скоростью ротора. Частота тока ротора = скольжение × частота питания

Коэффициент мощности: Коэффициент мощности — это отношение фактической мощности к полной мощности. Выражается в процентах. Коэффициент мощности низкий, когда двигатель работает без нагрузки, и высокий, когда двигатель работает с полной нагрузкой.

Преимущества асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Беличья клетка I.M имеет некоторые из основных преимуществ, поэтому почти 90% асинхронных двигателей оснащены ротором с короткозамкнутым ротором. Итак, преимущества беличьей клетки приведены ниже:

Беличья клетка I.M.

• дешево
• Прочный
• Требуется меньше обслуживания

В этом двигателе ротор состоит из алюминиевых или медных стержней, поэтому для изготовления ротора требуется меньше материала. Это также снижает потери меди.

• Высокая эффективность
• Маленький и легкий
• Из-за отсутствия щеток вероятность искры снижена.
• Эти двигатели оснащены вентиляторами, поэтому выделяется меньше тепла.
• Двигатели с короткозамкнутым ротором работают с почти постоянной скоростью, имеют высокую перегрузочную способность и более высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Основным недостатком асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является плохое управление скоростью и низкий пусковой момент. Однако с помощью частотно-регулируемых приводов эти недостатки можно преодолеть.

⇒⇒ Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют низкий пусковой момент и высокие пусковые токи.Пусковой крутящий момент будет в 1,5–2 раза больше крутящего момента при полной нагрузке, а пусковой ток в 5–9 раз превышает ток полной нагрузки. В асинхронных двигателях с контактным кольцом более высокий пусковой крутящий момент может быть достигнут путем обеспечения внешнего сопротивления в цепях ротора во время периода пуска асинхронного двигателя с контактным кольцом. Такое расположение в асинхронных двигателях с контактным кольцом также снижает высокие пусковые токи во время пуска асинхронного двигателя.

⇒⇒ I.M. с короткозамкнутым ротором более чувствительны к колебаниям напряжения питания.Когда напряжение питания снижается, асинхронный двигатель потребляет больше тока. Во время скачков напряжения увеличение напряжения приводит к насыщению магнитных компонентов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

⇒⇒ Регулировать скорость в этих двигателях непросто. Мы не можем подключить какое-либо внешнее сопротивление в цепи ротора, потому что проводники ротора постоянно закорочены концевыми кольцами.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Применение

более широко используются, чем контактные кольца I.M в промышленности и дома благодаря стоимости обслуживания и более высокой эффективности. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором довольно распространены в промышленности. Вы найдете их почти в каждой машине, почти везде на конвейере.

Беличья клетка I.M обычно используется там, где требуется постоянная скорость и не используются приводы с регулировкой скорости.

Эти двигатели используются в

• Вентиляторы и нагнетатели
• Промышленные приводы
• Станки токарные и токарное оборудование
• Насосы

Отличие беличьей клетки I.М и синхронный двигатель

Есть некоторые различия между короткозамкнутым ротором и синхронным двигателем.

Скорость работы:

Для данной частоты асинхронный двигатель всегда работает со скоростью меньше синхронной скорости (Нс).

Для заданной частоты синхронный двигатель всегда работает с постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, независимо от величины нагрузки, которую он может испытывать.

Влияние нагрузки на частоту вращения ротора

Скорость асинхронного двигателя всегда зависит от нагрузки, скорость будет уменьшаться с увеличением нагрузки.

Скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки, поэтому она остается постоянной при любой нагрузке.

Конструкция ротора

В короткозамкнутой клетке I.M используется ротор с короткозамкнутым ротором.

В синхронном двигателе в качестве ротора используется явный, невыразительный или постоянный магнит.

Внешнее питание

Синхронным двигателям требуется дополнительный источник постоянного тока для питания обмотки ротора. Асинхронные двигатели не требуют дополнительного источника питания.

Стоимость

Асинхронные двигатели дешевле синхронных. Синхронные двигатели слишком дороги в производстве, чем асинхронные двигатели аналогичного номинала.

Пуск двигателя

Все асинхронные двигатели являются самозапускающимися. Нам нужно только подать питание на обмотку статора.

В синхронном двигателе нам необходимо подать внешнее питание для вращения ротора, близкого к синхронной скорости.

Пусковой момент

Асинхронные двигатели имеют собственный пусковой момент.Синхронный двигатель не имеет пускового момента, нам нужно предоставить какое-то вспомогательное средство для создания требуемого пускового момента.

Регулятор скорости

Регулирование скорости возможно в случае асинхронного двигателя.

Мы не можем контролировать скорость синхронного двигателя.

Коэффициент мощности

Асинхронные двигатели всегда работают с отстающим коэффициентом мощности. Изменение коэффициента мощности невозможно.

Коэффициент мощности возбуждения постоянного тока может быть изменен с запаздывающего на опережающий в случае синхронного двигателя.

Вопросы и ответы

Что такое асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Проще говоря, асинхронный двигатель, в котором используется ротор с короткозамкнутым ротором, называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Причина названия «беличья клетка» связана с типом ротора, который используется в этих двигателях. В двигателях этого типа ротор имеет самую простую и прочную конструкцию.

Каковы характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

с короткозамкнутым ротором IM имеет высокий пусковой ток и плохой пусковой момент (пусковой ток может в 5-9 раз превышать ток полной нагрузки; пусковой момент может быть равен 1.В 5-2 раза больше крутящего момента при полной нагрузке)

сколько контактных колец в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором?

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет контактного кольца .

Короткое замыкание стержней ротора через короткозамкнутую катушку или короткое замыкание обмотки ротора.

почему ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором перекошен?

Беличья клетка IM перекошена, чтобы избежать зубцового эффекта в двигателе. Если ротор и проводники статора параллельны друг другу, существует большая вероятность магнитной блокировки между ротором и статором.Следовательно, пазы ротора имеют перекос на .

как работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Ответ на этот вопрос уже был дан в предыдущем разделе, посвященном принципу работы двигателя. пожалуйста, обратитесь к этому.

что такое асинхронный двигатель с двойной беличьей клеткой?

Асинхронный двигатель с двойным короткозамкнутым ротором состоит из ротора, который имеет две независимые обоймы , расположенные одна над другой в одном слоте.

Заключение

Надеюсь, вы знаете все, что связано с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Мы видели конструкцию асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Основное различие между контактным кольцом и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором заключается в конструкции ротора. Двигатели по конструкции состоят из двух основных частей: статора и ротора. В этих двигателях используется ротор с короткозамкнутым ротором. Этот ротор состоит из параллельных алюминиевых или медных стержней. Токопроводящие шины ротора закорочены двумя концевыми кольцами.

Мы видели принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который одинаков для всех асинхронных двигателей.Когда мы подаем напряжение переменного тока на обмотку статора, поток, генерируемый в обмотке статора. Из-за этого магнитного потока индуцируется ток ротора, а также создается магнитный поток ротора. Поток ротора отстает от потока статора, поэтому создается крутящий момент, и ротор ощущает силу в направлении движения.

Мы увидели некоторые преимущества и недостатки асинхронного двигателя Squirrel. Эти двигатели имеют простую и прочную конструкцию. Эти двигатели имеют более высокий КПД и низкую стоимость из-за того, что в 90% асинхронных двигателях используется именно этот тип двигателя.

Мы видели применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели используются там, где требуется постоянная скорость и не требуется регулирование скорости.

Продолжить чтение

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя:

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии. Обмотка, помещенная в эти прорези (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

(i) Тип беличьей клетки (ii) Тип раны

Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, как показано на рис. (8.4). При запуске в цепь ротора включаются внешние сопротивления, чтобы обеспечить большой пусковой крутящий момент. Эти сопротивления постепенно уменьшаются до нуля. когда двигатель набирает скорость.

Внешние сопротивления используются только во время пуска. Когда двигатель достигает нормальной скорости, три щетки замыкаются накоротко, так что намотанный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя:

Скорость вращения магнитного поля:

Следовательно, для 2-полюсной обмотки статора поле совершает один оборот за один цикл тока. В 4-полюсной обмотке статора можно показать, что вращающееся поле совершает один оборот за два цикла тока.В общем, если полюса P, вращающееся поле совершает один оборот в P / 2 цикла тока.

(v) Он имеет самозапускающийся крутящий момент.

(i) По сути, это двигатель с постоянной скоростью, и его скорость не может быть изменена

Заключение:
Вы узнали о конструкции и принципах работы трехфазного асинхронного двигателя .Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте комментарий ниже.

Асинхронный двигатель

Принцип работы асинхронного двигателя

Статор
Теоретически статор представляет собой трехфазную обмотку, разделенную на цилиндрическую поверхность, так что при приложении трехфазного напряжения индуцируется вращающееся магнитное поле. Обмотки размещены в металлической цилиндрической конструкции для направления силовых линий магнитного поля и предотвращения движения обмоток. Эта конструкция состоит из ламинированных перфорированных пластин. Это предотвращает циркуляцию сильных вихревых токов в статоре. Идеальная ситуация — это синусоидальное магнитное поле, но для объяснения принципов работы статора достаточно одной обмотки на фазу.Это показано на следующем рисунке.

Рисунок 1: Теоретическая конструкция статора с одной обмоткой на фазу

Рисунок 2: Трехфазный ток i _s1 , i _s2 и i _s3 , которые будут подключены к катушкам U, V и W

Здесь три обмотки смещены более чем на 120 °, так что это симметрично. Обмотки часто называют по фазам; U ₁ — U ₂ , V ₁ — V ₂ и W ₁ — W ₂ .На этом рисунке есть два полюса на фазу. Три обмотки могут быть соединены звездой или треугольником. Это часто делается через мостовые соединения вне асинхронного двигателя, потому что в зависимости от конфигурации меняются такие характеристики, как ток, напряжение и направление вращения.

Рисунок 3: Конфигурация звезды и треугольника с мостовидными соединениями

Рисунок 4: Асинхронный двигатель со звездой

На три обмотки подается трехфазное симметричное синусоидальное напряжение.Обмотки имеют определенную проводимость, так что через обмотки протекает трехфазный симметричный синусоидальный ток. Токи создают вокруг себя различные магнитные поля. На рисунке 5 показана эволюция этих магнитных полей за один период.

Рисунок 5: Магнитная ситуация в момент времени с 1 по 7 (Рисунок 2)

Ток положительный, когда он течет со стороны 1 на сторону 2 (U ₁ — U ₂ , V ₁ — V ₂ и W ₁ — W ₂ ).Различные магнитные поля на фазу приводят к общему магнитному полю, показанному на рисунке mkl. Это магнитное поле вращается в этом примере по часовой стрелке. Каждый период синуса напряжения магнитное поле совершает вращение на 360 ° через весь статор. Если разместить больше обмоток на фазу, так что создается 2 * p полюса на фазу, магнитные поля совершают вращение на 360 ° / p за период напряжения. Если частота системы напряжения равна f _s , частота магнитного поля f _s / p или количество оборотов в минуту составляет

. n _s = (60f _s ) / p

n _с = (N _с /2) sin α

B _δs1 (α) = (u ₀ N _s i _s1 cos α) / 2δ

B _δ = (3 N _se u ₀ I _u ) / 4δ

ф _виток = 2 B _δ I _r sin α

Ступеньки имеют длину l. Перпендикулярно плоскости, образованной ступенями и проводящей стороной, расположен постоянный магнит. Затем магнит перемещается параллельно сторонам по ступеням лестницы, не касаясь их. Магнит имеет определенное магнитное поле B и скорость v согласно лестнице. Если этот воображаемый эксперимент проводится достаточно быстро, можно заметить несколько событий. Согласно закону Фарадея, ЭДС будет индуцирована, что приведет к возникновению напряжения по проводнику прямо под магнитом.

E = B.l.v

I = E / Z

F = BlI

Эта сила действует в том же направлении, что и движение магнита, потому что это индуцированная сила, которая противодействует ее источнику !. Если лестница может двигаться свободно, она начнет ускоряться, чтобы уменьшить разницу в скорости между лестницей и магнитом.Когда разница скоростей уменьшается, ЭДС уменьшится, что приведет к снижению тока, силы и ускорения. Если лестница и магнит работают с одинаковой скоростью, сила будет равна нулю. Чтобы сделать шаг к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, ротор с короткозамкнутым ротором эквивалентен лестнице, изогнутой к цилиндру, а движущийся магнит воспроизводится вращающимся магнитным полем из-за трех фазных обмоток. Такой цилиндр показан на рисунке 7. На этом примере объясняется принцип работы асинхронного двигателя.Исходя из формулы ЭДС в одной катушке, можно провести аналогию.

E _s1 = jw _s ф _s1 = jw _s L ₀ I _u

f _r = f _s

k = E _s1 / E _{r1-остаток}

Этот крутящий момент максимален, когда ток ротора находится в фазе с магнитным потоком статора. Ток ротора имеет большое отставание от ЭДС ротора из-за его высокой собственной индуктивности.

tan φ = (wL _r ) / R _r

Характеристики асинхронного двигателя

Накладка
Из предыдущей главы ясно, что ротор никогда не может достичь той же скорости вращения, что и вращательное магнитное поле статора.Резюмируя: синхронная скорость потока статора n _s зависит от частоты f _s приложенного напряжения и количества пар полюсов p:

n _s = (60f _s ) / p

г = (п _с — п) / п _с

Характеристики ротора

Частота ротора
Частота ЭДС в роторе зависит от разницы между скоростью вращения ротора и скоростью магнитного поля в статоре:

f _r = p (n _s — n) / 60 = pn _s g / 60 = f _s g

E = Blv _с

E = Bl (v _s — v _r ) = gBlv _s

E _r = gE _r1-rest

f _r = gf _s

w _r = gw _s = 2πf _r

w = (2πn / 60) рад / с

. ш = (1 — г) ш _с

ш _с = ш + ш _р

Активный поток мощности
Чтобы лучше понять электрические процессы в асинхронном двигателе, полезно рассмотреть эквивалентную схему асинхронного двигателя, как показано на рисунке 8. Таким образом, гальванически разделенные процессы статора и ротора объединены в одну электрическую эквивалентную схему одной фазы. Индекс s указывает количество статора, индекс r количество ротора. Акценты используются там, где количество ротора относится к статору.

Рисунок 8: Эквивалентная схема асинхронного двигателя

Помимо всех электрических параметров асинхронного двигателя, основная цель состоит в том, чтобы передать определенный крутящий момент на вал при определенной угловой скорости. Принимая во внимание электрические характеристики, можно рассмотреть блок-схему, показанную на рисунке 9. Напряжение U, приложенное к обмоткам, известно. В простых, неконтролируемых приложениях это напряжение сети. В процессах с частотным регулированием это напряжение, подаваемое частотно-регулируемым приводом.Асинхронный двигатель требует определенного тока I. Асинхронный двигатель имеет индуктивный характер из-за использования различных катушек. Это означает, что ток и напряжение через обмотки не совпадают по фазе. Хотя важно знать, каково приложенное напряжение, чтобы знать влияние на изоляцию обмоток, напряжение для дальнейших отводов мощности не так важно.

Рисунок 9: Поток мощности в асинхронном двигателе

Рисунок 9 начинается с активной мощности, подаваемой на статор

P _e = √3U _l I _l cos φ = 3U _p I _p cos φ

P _js = 3I _p ² R _s

P _f = 3V _p ² / R _м ≈ 3V _s ² / R _m

P _r = 3 (I _r ^‘) ² R _s ‘ / g

P _{младший} = 3 (I _r ^‘) ² R _s ‘ = gR _r

P _м = (1 — г) P _r

P _v = P _{без нагрузки}

η = P _выход / P _дюйм = (P _m — P _v ) / (P _m + P _f + P _js + P _fr ) = P _{нагрузка} / P _e

X _r ^‘ = w _s σ _r ^‘ L ₀

U _s1 ≈ E _s1 = φ _s1 w _s

T = (3pR _R / w _r ) φ _s1 ² / ((R _R / w _r ) ² + (σ _R L ₀ ) ² )

dT / dw _r = 0 (это происходит, когда w _r = R _R / σ _R L ₀ )

T = 3pφ _s1 ² / 2σ _R L ₀

Рисунок 10 также дает выражение для скорости при максимальном крутящем моменте. Как было доказано до пробоя крутящий момент достигается при частоте вращения ротора

w _r = R _R / σ _R L ₀

. w = w _s — (1 / p) R _R / σ _R L ₀

n _b = n _s — (30 / πp) R _R / σ _R L ₀

Из состояния покоя нагрузка с противодействующим моментом T _c1 будет ускоряться до точки P, где в каждый момент времени

T — T _c1 = T _α = J _м dw / dt

Это может быть сделано вне асинхронного двигателя в случае асинхронного двигателя с фазным ротором или внутри двигателя с использованием двухклеточного асинхронного двигателя или стержней ротора с более высоким сопротивлением. Ротор с обмоткой и принцип стержня ротора с более высоким сопротивлением напрямую влияют на сопротивление ротора.Влияние на кривую зависимости крутящего момента от скорости показано на рисунке 12.

Рис. 12: Крутящий момент в зависимости от скорости для различных значений сопротивления ротора

На пробойный момент не влияет, как было сказано ранее, только когда сопротивление действительно велико. В роторе с обмоткой с зажимами внешнего сопротивления сопротивление можно регулировать, когда асинхронный двигатель работает на более высокой скорости, чтобы уменьшить скольжение. В двухклеточном двигателе концентрически установлены две беличьи клетки. Это показано на рисунке 13.Внутренняя клетка содержит толстые стержни и почти полностью окружена железным сердечником.

Имеет высокую индуктивность и низкое сопротивление. Наружная клетка состоит из более тонких стержней, которые размещаются рядом с воздушным зазором между ротором и статором. Сопротивление выше, чем во внутренней клетке. Поток вокруг внешних стержней частично закрывается в воздушной заслонке. Благодаря этому он имеет более низкую индуктивность. При запуске асинхронного двигателя частота вращения ротора w _r максимальна.

Рисунок 5.13: Принцип двухклеточного ротора

Очень важно реактивное сопротивление ротора. Ток ротора будет высоким во внешней клетке и низким во внутренней клетке. Это клетка с более высоким сопротивлением, что означает более высокий момент ускорения. Когда асинхронный двигатель набирает скорость, скорость ротора уменьшается и достигает небольшого значения (f _r ~ 1–4 Гц). Реактивное сопротивление больше не так важно, и ток будет в основном течь во внутренней клетке, потому что ее сопротивление намного ниже, чем во внешней клетке.Сопротивление ротора полностью электрическое. В основном есть три возможных ситуации, как показано на рисунке 14. Первая кривая дает асинхронный двигатель с низким сопротивлением ротора, более низким пусковым моментом, но более высокой эффективностью. Вторая кривая иллюстрирует наиболее распространенный асинхронный двигатель с повышенным пусковым моментом. Третья кривая называется седловой кривой и используется, когда требуется действительно высокий пусковой крутящий момент, здесь пусковой крутящий момент может даже быть выше, чем! момент пробоя.

Рисунок 5.14: Уровни крутящего момента ротора с двойной обоймой

Пусковой ток
Когда асинхронный двигатель запускается путем прямого подключения к сети, от сети будет запрашиваться высокий пусковой ток. Кроме того, на нормальный периодический синусоидальный ток будет накладываться сильный выброс тока. Сетевое напряжение передается на статор, когда ротор неподвижен. Это эквивалентно принципу трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Когда асинхронный двигатель ускоряется, разница между ротором и статором уменьшается, а наведенная ЭДС в роторе (вторичная обмотка эквивалентного трансформатора) уменьшается.Подобно принципу трансформатора, вторичный ток и, следовательно, первичный ток уменьшаются. Соотношение между скачком пускового тока и номинальным током находится где-то между 3 и 7. Это сделано для ограничения воздействия на сеть и упрощения защиты асинхронного двигателя предохранителями.

Движение воздуха Вудса — Основные двигатели — Основные принципы — 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 электросети (50 Гц или 60 Гц — см. «Двигатели, основная 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

2

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.

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 в стержнях ротора (обозначенных 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 электросети 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

На рисунке 3 показана конструкция типичного ротора.Штанги ротора обычно содержатся в пазах стального сердечника 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.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

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 ее форма напряжения может не совпадать по 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.