Асинхронный двигатель назначение: Назначение и принцип действия асинхронного двигателя

Содержание

Назначение и принцип действия асинхронного двигателя

Назначение асинхронного электродвигателя

Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным. Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним. Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами. Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.

Принцип действия асинхронного двигателя

Рассмотрим устройство, показанное на рис.  Оно состоит из постоянного магнита 1, медного диска 2, рукоятки 3 и подшипников 4. Если вращать магнит при помощи рукоятки, то медный диск начинает вращаться в ту же сторону, но с меньшей частотой. Медный диск можно рассматривать как бесчисленное множество замкнутых витков; при вращении магнита 1 его магнитные силовые линии (м.с.л.) пересекают витки диска, и в витках наводится электродвижущая


Модель асинхронного двигателя


Обозначим:
п, — частота вращения магнита (синхронная частота), об/мин;
п2 — частота вращения диска, об/мин; п — разность частот вращения магнита и диска, об/мин.
Частота вращения диска меньше частоты вращения магнита, и, следовательно, диск вращается с несинхронной (асинхронной) частотой. Разница частот магнита и диска представляет собой частоту, с которой м.с.л. пересекают витки диска. Отношение разницы частот к синхронной частоте называется скольжением. Скольжение может быть выражено в долях единицы или в процентах:

В двигателях вращающееся магнитное поле создается трехфазным током, протекающим по обмотке статора, а роль диска выполняет обмотка ротора. Активная сталь статора и ротора служит магнитопроводом, уменьшающим в сотни раз сопротивление магнитному потоку.
Под влиянием подведенного к статору напряжения сети Ul в его обмотке протекает ток I,. Этот ток создает вращающийся магнитный поток Ф, замыкающийся через статор и ротор. Поток создает в обеих обмотках э.д.с. Е{ и Е2, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Таким образом, асинхронный двигатель подобен трехфазному трансформатору, в котором э.д.с. создаются вращающимся магнитным потоком.

Рис. 2 . Работа асинхронного двигателя при cos ф2 = 1
Пусть поток вращается в направлении движения стрелки часов. Под влиянием э.д.с. Е2 в обмотке ротора пойдет ток I2, направление которого показано на рис. 2. Предположим, что он совпадает по фазе с Е2. Взаимодействие тока I2 и потока Ф создает электромагнитные силы F, приводящие ротор во вращение, вслед за вращающимся потоком. Таким образов, асинхронный двигатель представляет собой трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой и способный поэтому превращать электрическую мощность E2I2 cos ф в механическую.

Ротор всегда отстает от вращающегося магнитного потока, так как только в этом случае может возникать э.д.с. Е2, а следовательно, ток 12 и силы F. Чтобы изменить направление вращения ротора, следует изменить направление вращения потока. Для этого меняют местами два любых провода, подводящие ток от сети к статору. В этом случае меняется порядок следования фаз ABC на АСВ или ВАС, и поток вращается в обратную сторону.
Ротор двигателя вращается с асинхронной частотой п2, поэтому и двигатель называется асинхронным. Частоту вращения магнитного потока называют синхронной частотой п1. Частота вращенияротора
Теоретически скольжение меняется от 1 до 0 или от 100% до 0, так как при неподвижном роторе в первый момент пуска п2 — 0; а если вообразить, что ротор вращается синхронно с потоком, п2 = пх.
Чем больше нагрузка на валу, тем меньше скорость ротора п2 и следовательно больше S, так как больший тормозной момент должен уравновеситься вращающим моментом; последнее возможно только при увеличении Е2 и I2, а значит и S. Скольжение при номинальной нагрузке SH у асинхронных двигателей равно от 1 до 7%; меньшая цифра относится к мощным двигателям.

Для магнитопроводов (сердечников) статора и ротора асинхронных двигателей общего назначения широко применяются холоднокатаные низколегированные1 электротехнические стали. Они выпускаются в рулонах (лентах) нужной ширины, что позволило автоматизировать процесс штамповки листов и уменьшить отходы.

Для двигателей серии 4А мощностью до 15—20 кВт применяется холоднокатаная сталь марки 2013 (нелегированная), а для машин большей мощности — сталь марки 2212 (слаболегированная). Для двигателей старых серий (А, А2) применялась горячекатаная сталь марки 1211. Применение холоднокатаных сталей позволило снизить расход стали на 10—15 и массу конструктивных деталей на 5—7%.

Изоляционные материалы применяются для изоляции токоведущих проводов, расположенных в одном пазу (друг от друга) — витковая изоляция, проводов разных фаз между собой — междуфазовая изоляция, проводов от заземленных сердечников — корпусная изоляция.

Толщина изоляции определяется рабочим напряжением двигателя, классом нагревостойкости изоляции, условиями эксплуатации двигателя.

В зависимости от предельно допускаемой температуры изоляционные материалы подразделяются на классы нагревостойкости. В свою очередь класс нагревостойкости изоляции (витковой, междуфазовой, корпусной) и пропиточных составов определяет допустимые превышения температуры для других частей двигателя в соответствии с ГОСТ 183—74.

В соответствии с ГОСТ 8865—70 изоляционные материалы разделены на семь классов нагревостойкости — У, А, Е, В, F, Н, С. Для изоляции асинхронных двигателей общего назначения обычно применяются четыре класса Е, В, F, Н с допустимыми температурами изоляционного материала 120, 130, 155, 180 °С соответственно. Средние допустимые температуры и превышения температуры отдельных частей двигателя приведены в

табл. 2. Температура окружающей среды принята равной +40 °С.

Таблица 2.

Обмотки статора и
фазные обмотки ротора

Стержневые
обмотки роторов

Сердечники
статора и ротора

Контактные
кольца

Е
В
F
Н

115/75
120/80
140/100
165/125

120/80
130/90
150/110
175/135

115/75
120/80
140/100
165/125

110/70
120/80
130/90
140/100

Обмоточные провода изготовляются с эмалевой, эмалево-волокнистой или волокнистой изоляцией. Толщина изоляционного слоя у проводов с эмалевой изоляцией в 1,5— 3 раза меньше, чем у проводов с волокнистой изоляцией; эмалевая изоляция, кроме того, лучше проводит тепло и является более влагостойкой. Поэтому в двигателях современных серий применяются в основном провода с эмалевой изоляцией марок ПЭТВ, ПЭТВМ (класс нагревостойкости В) и ПЭТВ, ПЭТ 155 (класс F). Провода ПЭТВМ и ПЭТМ разработаны для механизированной укладки обмоток. В двигателях напряжением 3 кВ и выше кроме указанных проводов применяются также провода со стекловолокни-стой изоляцией марок ПСД и ПСДК. Диаметр изолированного провода при механизированной укладке всыпной обмотки не превышает 1,4—1,6 мм, при ручной укладке — до 1,8 мм.

Пазовая и междуфазовая изоляция. В современных сериях двигателей широкое распространение получили композиционные материалы, представляющие собой сочетание полимерных пленок с различными гибкими электроизоляционными материалами на основе синтетических органических или неорганических волокон, причем указанные компоненты связаны между собой клеящими составами. Пленка принимает на себя основную электрическую и механическую нагрузки, в то время как другие компоненты выполняют функции армирующего материала, обеспечивающего необходимые технологические свойства композиции — жесткость, упругость, повышенную стойкость к механическим воздействиям и др.

Одной из важных функций волокнистых подложек является обеспечение надежной связи между поверхностями пазовой изоляции и прилегающими к ним катушками обмотки и сердечником за счет лучшей смачиваемости волокнистых материалов пропиточными составами по сравнению с пленками.

Композиционные материалы обладают высокими механическими свойствами. Широко используются пленкосинтокартоны марок ПСК-Ф, ПСК-ЛП, состоящие из полиэтилентерефталатной пленки марки ПЭТФ, оклеенной с двух сторон бумагой из фенилонового или лавсанового волокна.

Для прокладок в лобовых частях применяют материалы с повышенным коэффициентом трения, такие, как пленкослюдопласт и пленкослюдокартон.

Пропиточные и покровные составы. В двигателях современных серий широкое распространение нашли пропиточные составы без растворителей, что существенно уменьшило длительность процесса полимеризации, улучшило качество пропитки и теплопроводность изоляции. Для пропитки асинхронных двигателей современных серий применяются составы без растворителей марок КП-34, КП-50, КП-103. ЭКД-14, а также лаки с растворителями марок МЛ-92, ПЭ-933, КО-916К, КО-964Н.

После пропитки и сушки на лобовую часть обмоток наносятся покровные составы для повышения стойкости обмотки к воздействию окружающей среды (пыль, масло, соляной туман, вредные примеси в воздухе и др.). В качестве покровных составов применяют эмали ГФ92-ГС и ЭП91 (с растворителями) и компаунды КП-34, КП-50.

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).

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип действия однофазного и трехфазного асинхронного электродвигателя.

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. Асинхронные двигатели — это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели. Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках. Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты. Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

1. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра — намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Более подробные сведения о схемах соединения и условных обозначениях начал и концов обмоток представлены ниже. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набранного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора. Различают два вида обмоток ротора: фазную и короткозамкнутую. Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в звезду. Концы обмотки ротора соединяют вместе и изолируют, а начала присоединяют к контактным кольцам, располагающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолированные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к которым присоединяют внешние цепи. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать скорость вращения двигателя и ограничивать пусковые токи. Наибольшее применение получила короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава. При этом в пакете ротора 1 заодно отливаются стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3. (рис. 3). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения — это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

2. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом — вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Алиев И.И.

Свойства и область применения асинхронных электродвигателей

Электродвигатели применяются достаточно широко. Асинхронные электродвигатели могут применяться как в бытовой технике, так и на промышленных предприятиях.

Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и надёжности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Электродвигатели асинхронные имеют свои специфические свойства, области применения и ограничения использования.

У асинхронного электродвигателя ограничен диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения электродвигателей асинхронных в автоматических регулируемых электроприводах.

Электродвигатель состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности). 

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором наиболее распространены, они достаточно просты по устройству и удобны в эксплуатации.

Свойства и область применения 

Электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором имеют следующие преимущества: 

  • Электродвигатели асинхронные имеют практически постоянную скорость при разных нагрузках; 
  • Есть возможность непродолжительных механических перегрузок; 
  • Электродвигатели асинхронные просты в конструкции; 
  • Простота пуска электродвигателя асинхронного, легкость его автоматизации; 
  • Более высокие cos φ и КПД, чем у двигателей с фазным ротором. 

Однако асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют и свои недостатки. К ним относятся: 

  • затруднения в регулировании скорости вращения электродвигателя; 
  • большой пусковой ток; 
  • низкий cos φ при недогрузках. 

Применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором ограничено, они применяются в тех случаях, когда не требуется регулирование скорости вращения двигателя. 

Преимущества асинхронных электродвигателей с фазным ротором

  • большой начальный вращающий момент; 
  • возможность кратковременных механических перегрузок; 
  • приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках; 
  • меньший пусковой ток по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором; 
  • возможность применения автоматических пусковых устройств. 

Электродвигатели асинхронные с фазным ротором используются в тех случаях, когда требуется уменьшить пусковой ток и повысить пусковой момент, а также когда требуется регулирование скорости в небольших пределах. 

Перегрузочная способность электродвигателей асинхронныххарактеризуется отношением максимального момента двигателя Мм к его номинальному моменту Мн. В зависимости от величины мощности и назначения двигателя отношение Мм/Мн колеблется примерно в пределах 1-3.

Посмотреть ассортимент асинхронных электродвигателей

Электродвигатели асинхронные: электродвигатель 5АМ, 5АИ, АИР

§76. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (рис. 249 и 250) состоит из следующих основных частей: статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой и остов. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не соединена ни с какой внешней цепью), что определяет высокую надежность такого двигателя.

Магнитная система. Асинхронная машина в отличие от машины постоянного тока не имеет явно выраженных полюсов. Такую магнитную систему называют неявнополюсной. Число полюсов в машине определяется числом катушек в обмотке статора и схемой их соединения. В четырехполюсной машине (рис. 251) магнитная система состоит из четырех одинаковых ветвей, по каждой из которых проходит половина магнитного потока Фп одного полюса, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Так как через все элементы магнитной системы проходит переменный магнитный поток, то не только ротор 1, но

Рис. 249. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: 1 — остов; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — стержни обмотки ротора; 5 — подшипниковый щит; 6 — вентиляционные лопатки ротора; 7 — вентилятор; 8 — коробка выводов

Рис. 250. Электрическая схема асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 — статор; 2 — ротор

Рис.251. Магнитное поле четырехполюсной асинхронной машины

Рис. 252. Листы ротора (а) и статора (б)

Рис. 253. Пакет собранного статора (а) и статор с обмоткой (б)

и статор 2 выполняют из листов электротехнической стали (рис. 252), изолированных один от другого изоляционной лаковой пленкой, окалиной и пр. В результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали статора и ротора при вращении магнитного поля. Листы статора и ротора имеют пазы открытой, полузакрытой или закрытой формы, в которых располагаются проводники соответствующих обмоток. В статоре чаще всего применяют полузакрытые пазы прямоугольной или овальной формы, в машинах большой мощности — открытые пазы прямоугольной формы.

Сердечник статора 1 (рис. 253, а) запрессовывают в литой остов 3 и укрепляют стопорными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который вращается в шариковых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах. Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. В двигателях малой и средней мощности воздушный зазор обычно составляет несколько десятых миллиметра. Такой зазор обеспечивает уменьшение магнитного сопротивления магнитной цепи машины, а следовательно, и уменьшение намагничивающего тока, требуемого для создания в двигателе магнитного потока. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя.

Обмотка статора. Она выполнена в виде ряда катушек из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются, образуя ряд катушек 2 (рис. 253,б). Катушки разбивают на одинаковые группы по числу фаз, которые располагают симметрично вдоль окружности статора (рис. 254, а) или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейшим элементом обмотки является виток (рис. 254,б), состоящий из двух проводников 1 и 2, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на неко-

Рис. 254. Расположение катушек трехфазной обмотки на статоре асинхронного двигателя (а) и виток из двух проводников (б)

тором расстоянии у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу.

Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки. Иногда их называют секциями. Их укладывают таким образом, что в каждом пазу размещается одна сторона катушки или две стороны — одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу.

В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис. 254, а) каждая фаза (А-Х; B-Y; C-Z) состоит из трех катушек, стороны которых расположены в трех смежных пазах, т. е. q = 3. Обычно q > 1, такая обмотка называется распределенной.

Наибольшее распространение получили двухслойные распределенные обмотки. Их секции 1 (рис. 255, а) укладывают в пазы 2 статора в два слоя. Проводники обмотки статора укрепляют в пазах текстолитовыми клиньями 5 (рис. 255,б), которые закладывают у головок зубцов.

Стенки паза покрывают листовым изоляционным материалом 4 (электрокартоном, лакотканью и пр.). Проводники, лежащие в пазах, соединяют друг с другом соответствующим образом с торцовых сторон машины. Соединяющие их провода называют лобовыми частями. Так как лобовые части не принимают участия в индуцировании э. д. с, их выполняют как можно короче.

Отдельные катушки обмотки статора могут соединяться «звездой» или «треугольником». Начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам двигателя.

Обмотка ротора. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки (рис. 256,а). Она сделана из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 256,б). Стержни этой обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкну-

Рис. 255. Двухслойная обмотка статора асинхронного двигателя: 1 — секция; 2 — паз; 3 — проводник; 4 — изоляционный материал; 5 — клин; 6 — зубец

Рис. 256. Короткозамкнутый ротор: а — беличья клетка; б — ротор с беличьей клеткой из стержней; в — ротор с литой беличьей клеткой; 1 — короткозамыкающие кольца; 2— стержни; 3— вал; 4 — сердечник ротора; 5 — вентиляционные лопасти; 6 — стержни литой клетки

той обмотке ротора равно нулю. Пазы короткозамкнутого ротора обычно выполняют полузакрытыми, а в машинах малой мощности — закрытыми (паз имеет стальной ободок, отделяющий его от воздушного зазора). Такая форма паза позволяет хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивает ее индуктивное сопротивление.

В двигателях мощностью до 100 кВт стержни беличьей клетки обычно получают путем заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника ротора (рис. 256, в). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают и соединяющие их торцовые короткозамыкающие кольца.

Для этой цели пригоден алюминий, так как он обладает малой плотностью, достаточно высокой электропроводностью и легко плавится.

Обычно двигатели имеют вентиляторы, насаженные на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентилятора часто отливают совместно с боковыми кольцами беличьей клетки (см. рис. 256, в).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации. Их широко применяют для привода металлообрабатывающих станков и других устройств, которые начинают работать без нагрузки. Однако сравнительно малый пусковой момент у этих двигателей и большой пусковой ток не позволяют использовать их для привода таких машин и механизмов, которые должны пускаться в ход сразу под большой нагрузкой (с большим пусковым моментом). К таким машинам относятся грузоподъемные устройства, компрессоры и др.

Увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток можно при выполнении беличьей клетки с повышенным активным сопротивлением. При этом двигатель будет иметь увеличенное скольжение и большие потери мощности в обмотке ротора. Такие двигатели называют двигателями с повышенным скольжением (обозначаются АС). Их можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время. На э. п. с. переменного тока эти двигатели (со скольжением до 10%) применяют для привода компрессоров, которые работают периодически в течение коротких промежутков времени при уменьшении давления в воздушных резервуарах ниже определенного предела.

Двигатели с повышенным пусковым моментом. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом имеют специальную конструкцию ротора (обозначаются АП). К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и двигатели с глубокими пазами.

Ротор 3 (рис. 257,а) двигателя с двойной беличьей клеткой имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка 1 является пусковой. Она обладает большим активным и малым реактивным сопротивлениями. Внутренняя клетка 2 является основной обмоткой ротора; она, наоборот, обладает незначительным активным и большим реактивным сопротивлениями. В начальный момент пуска ток проходит, главным образом, по наружной клетке, которая создает значительный вращающий момент. По мере увеличения частоты вращения ток переходит во внутреннюю клетку, и по окончании процесса пуска машина работает как обычный короткозамкнутый двигатель с одной (внутренней) клеткой. Вытеснение тока в наружную клетку в начальный момент пуска объясняется действием, э. д. с. самоиндукции, индуцируемой в проводниках ротора. Чем ниже расположен в пазу проводник, тем большим магнитным потоком рассеяния 6 он охватывается и тем большая э. д. с. самоиндукции в нем индуцируется (рис. 257, в), следовательно, тем большее он будет иметь индуктивное сопротивление.

Вытеснение тока в верхние проводники ротора сильно сказывается при неподвижном роторе, когда частота тока, индуцируемого в обеих клетках ротора, велика. При этом индуктивные

Рис. 257. Конструкция роторов асинхронных двигателей с повышенным пусковым моментом: с двойной беличьей клеткой (а), с глубокими пазами (б) и разрезы их пазов (в и г)

сопротивления обеих клеток значительно больше активных и ток распределяется между ними обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям, т. е. проходит в основном по наружной клетке с большим активным сопротивлением. По мере возрастания частоты вращения ротора частота тока в нем будет уменьшаться (вращающееся магнитное поле будут пересекать проводники ротора с меньшей частотой), и ток начнет проходить по обеим клеткам в соответствии с их активными сопротивлениями, т. е., главным образом, через внутреннюю клетку.

Таким образом, процесс пуска двигателя с двойной беличьей клеткой имеет сходство с процессом пуска асинхронного двигателя с фазным ротором, когда в начале пуска в цепь обмотки ротора вводится добавочное активное сопротивление (пусковой реостат), а по мере разгона это сопротивление выводится. Точно так же и в рассматриваемом двигателе ток в начале пуска проходит по наружной клетке с большим активным сопротивлением, а затем по мере разгона постепенно переходит во внутреннюю клетку с малым активным сопротивлением.

Для повышения активного сопротивления пусковой клетки стержни ее изготовляют из маргацовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди, обладающей малым удельным сопротивлением, причем площадь поперечного сечения их больше, чем у пусковой клетки. В результате этого активное сопротивление пусковой клетки увеличивается в 4—5 раз по сравнению с рабочей. Между стержнями обеих клеток имеется узкая щель 5, размеры которой определяют индуктивность рабочей клетки. Двухклеточный двигатель на 20—30% дороже коротко-замкнутого двигателя обычной конструкции. Для упрощения технологии изготовления ротора двухклеточные двигатели небольшой и средней мощности выполняют с литой алюминиевой клеткой.

Действие двигателей с глубокими пазами (рис. 257, б) также основано на использовании явления вытеснения тока. В этих двигателях стержни 4 беличьей клетки выполнены в виде узких медных шин, заложенных в глубокие пазы ротора 3 (высота паза в 10— 12 раз больше его ширины). Нижние слои стержней, расположенные дальше от поверхности ротора, охватываются значительно большим числом магнитных линий потока рассеяния 6, чем верхние (рис. 257,г), поэтому они имеют во много раз большую индуктивность. В начале пуска в результате увеличенного индуктивного сопротивления нижних частей стержней ток проходит, главным образом, по их верхним частям. При этом используется только небольшая часть поперечного сечения каждого стержня, что приводит к увеличению его активного сопротивления, а следовательно, и к возрастанию активного сопротивления всей обмотки ротора.

При увеличении частоты вращения ротора вытеснение тока в верхние части стержней уменьшается (по той же причине, что и в двигателе с двойной беличьей клеткой), и после окончания пуска ток равномерно распределяется по площади их поперечного сечения.

Асинхронный электродвигатель переменного тока

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую энергию. Это – одно из самых важных электротехнических устройств, без которого немыслима жизнь современного человечества.

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы

Если проводник с током поместить в магнитное поле, то он придет в движение. Это продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей, потом этот принцип был положен в основу работы электродвигателя.

Если поместить рамку с током в поле постоянного магнита, то на нее будет действовать сила, поворачивая вокруг оси вращения. Движение будет осуществляться до тех пор, пока система не придет в равновесие. В этот момент нужно изменить полярность тока в рамке, и движение продолжится. Постоянно меняя полярность тока в рамке, можно получить ее непрерывное вращение. Для этого ток в нее подается через контактные пластины на валу, называемые коллектором, соединенный с источником питания через подпружиненные щетки. При вращении пластины коллектора получают питание то от положительного полюса источника, то от отрицательного.

Коллекторы современных двигателей постоянного тока имеют большое число выводов (ламелей), что позволяет им работать устойчивее и достигать больших скоростей вращения. Питание к ним подводится через графитовые или медно-графитовые щетки.

Якорь с коллектором

Постоянные магниты, в силу непостоянства их магнитного потока, заменяют электромагнитами, обмотки которых располагают в неподвижной части двигателя, называемой статором. Вращающуюся же часть электродвигателя с обмоткой постоянного тока называют якорем.

Статор и якорь имеют сердечники для усиления электромагнитных свойств. Их изготавливают наборными из тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным термостойким лаком. Это снижает потери на вихревые токи, нагревающие сердечники и снижающие коэффициент полезного действия двигателя. Сердечники имеют сложную форму. В них сделаны пазы, в которые укладываются обмотки.

Принцип работы асинхронного электродвигателя переменного тока

Переменный ток для электродвигателей удобен тем, что можно отказаться от коллекторных схем, изменяющих фазу тока в обмотке на валу двигателя, называемой уже не якорем, а ротором. На переменном токе она сама изменяется по синусоидальному закону. Но есть и сложность: магнитное поле статора тоже изменяется по синусоидальному закону. Поэтому обмотки статора разных фаз разделяется на несколько частей и располагаются в пространстве в определенном порядке.

Принцип работы двигателя переменного тока немного отличается от постоянного. Вращающееся по кругу магнитное поле статора создает магнитный поток, за счет которого в обмотке ротора создается ЭДС. Проводники обмотки замкнуты накоротко, поэтому по ним течет ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с током в короткозамкнутом роторе приводит к его вращению.

При этом скорость, с которой вращается ротор меньше скорости вращения магнитного поля в статоре. Поэтому эти двигатели и называют асинхронными.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Если обмотки ротора выполнить не короткозамкнутыми, а вывести их концы на контактные кольца, то получится электродвигатель с фазным ротором. Включая в цепь ротора резисторы, можно регулировать скорость вращения. Это позволяет применять такие двигатели на кранах и экскаваторах. Все мощные асинхронные электродвигатели тоже имеют фазный ротор. Плавное или ступенчатое изменение величины сопротивления в цепи ротора во время пуска позволяет снизить пусковые токи и плавно разгонять приводимый во вращение агрегат.

Фазный ротор асинхронного электродвигателя

Принцип действия синхронного электродвигателя переменного тока

Как видно из названия, ротор этого электродвигателя вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора, подключенного к сети переменного тока. В ротор же через контактные кольца и щетки подается постоянный ток, называемый током возбуждения. Регулируя величину тока в роторе, можно менять режим работы электродвигателя.

При определенных параметрах возбуждения получается режим, когда синхронный двигатель начинает отдавать в сеть реактивную мощность. Это – полезное свойство, позволяющее отказаться от применения установок компенсации реактивной мощности на предприятиях, где работают такие двигатели.

Однофазные электродвигатели переменного тока

Самая распространенная конструкция однофазного электродвигателя включает в себя обмотку на статоре и последовательно соединенную с ней обмотку якоря. Соединение происходит через щетки и коллектор якоря с большим количеством ламелей. Обмотки расположены так, что при взаимодействии подключенной в данный момент к цепи обмотки якоря с магнитным полем статора создается вращающий момент. Якорь поворачивается, и подключенной оказывается следующая обмотка. За счет этого момент вращения всегда остается постоянным.

Другая конструкция использует ротор с короткозамкнутыми обмотками и две обмотки на статоре. Одна из них включается через конденсатор, создающий при работе электродвигателя сдвиг фаз между токами и напряжениями в обмотках. Получается некоторое подобие асинхронного электродвигателя, но работающего не на трех, а на двух «фазах».

Оцените качество статьи:

Что такое асинхронный двигатель? (с изображением)

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока, который использует индуцированный ток в роторе, а не физический источник питания для создания своего вращательного движения. Большинство электродвигателей вращаются в результате взаимодействия электромагнитных полей, создаваемых в статоре и роторе двигателя. В асинхронном двигателе поле, создаваемое в обмотках статора, создается путем подключения их к источнику переменного тока.Поле, генерируемое в роторе, создается не за счет прямого введения тока, а скорее за счет индукции тока, подобной трансформатору, благодаря соседнему электромагнитному полю статора. Большинство более крупных двигателей переменного тока для промышленных или бытовых применений являются асинхронными двигателями.

Асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели или двигатели с короткозамкнутым ротором, состоят из двух основных компонентов.Первый — это статор, то есть бочкообразная внешняя рама двигателя. Статор асинхронного двигателя имеет ряд обмоток или катушек, расположенных вдоль его внутренней поверхности, каждая из которых включает набор электрических соединений на внешней стороне корпуса. Второй основной компонент — это ротор — цилиндрический сердечник, который плотно прилегает к статору. Вал двигателя, который обеспечивает вращательную работу, проходит через середину или ротор и поддерживается на обоих концах подшипниками. В асинхронном двигателе ротор либо сплошной из стали, либо состоит из ряда параллельных стальных или медных стержней, не имеющих возможности для электрического ввода.

Большинство двигателей переменного тока полагаются на полярное соотношение отдельных электромагнитных полей, генерируемых в обеих этих частях, для вращения ротора.В асинхронном двигателе электромагнитное поле статора создается источником переменного тока, подключенным к обмоткам статора. Ротор, однако, не подключен напрямую к источнику питания, а вырабатывает внутренний электрический ток посредством индукции. Эта индукция вызвана непосредственной близостью электромагнитного поля статора. Это точно такой же процесс, который используется для генерации тока во вторичных обмотках трансформатора. Ток, возникающий в роторе, затем генерирует собственное электромагнитное поле, и ротор начинает вращаться.

Асинхронный двигатель идеален для тяжелых условий эксплуатации благодаря своей простоте и прочности.Отсутствие дополнительных контактных колец и щеток, необходимых для подачи питания на ротор, делает этот тип двигателя одним из самых надежных и эффективных двигателей переменного тока. Асинхронные двигатели также могут использоваться в качестве генераторов, если они работают выше определенных скоростей.

Асинхронный двигатель

: конструкция, работа и отличия

Асинхронный двигатель является наиболее широко используемым двигателем в отрасли. Практически невозможно представить себе отрасль без использования этого двигателя, поскольку он работает на субсинхронной скорости, он известен как асинхронный двигатель.Взяв на себя такую ​​важную роль, становится необходимо изучить ее подробно. В этой статье обсуждается обзор асинхронного двигателя, такой как его определение, работа, конструкция, различия и применения.

Что такое асинхронный двигатель?

Определение: Двигатель переменного тока, в котором статор не синхронизирован с ротором и может свободно вращаться со скоростью, меньшей, чем синхронная скорость, из-за скольжения. Это связано с тем, что вращающееся магнитное поле не взаимодействует с индуцированным полем ротора.В этом двигателе крутящий момент создается, когда ротор не совпадает по фазе со статором, а ток, индуцируемый в роторе, подчиняется закону Ленца.

асинхронный двигатель

Однако, если каким-то образом ротор выровняется со статором, это приведет к блокировке ротора и крутящего момента не будет. Этот двигатель всегда работает с запаздывающим коэффициентом мощности, так как ротор отстает от статора. Коэффициент мощности этого двигателя в основном зависит от конструкции и тока нагрузки, в отличие от синхронного двигателя, где его можно легко изменить, изменив ток возбуждения.

Работа асинхронного двигателя

Этот двигатель работает по принципу закона Ленца, который гласит, что направление тока, индуцируемого в проводнике путем изменения магнитного поля, таково, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противодействует изменяющемуся магнитному полю, которое его создает.

Изменяющееся магнитное поле создается трехфазным или разделенным фазным током, подаваемым в обмотку статора, и поскольку это магнитное поле разрезает проводники ротора, создавая индуцированный ток в роторе, который противодействует изменяющемуся магнитному полю статора.И, таким образом, производя вращательное движение.
Работа этого мотора будет продолжена по мере обсуждения конструкции и дизайна.

Конструкция асинхронного двигателя / Конструкция асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель доступен в двух типах

  • скольжения — кольцевого типа или с фазным ротором
  • Короткозамкнутый ротор или короткозамкнутый ротор

строительство асинхронных двигателей

Первый тип, т.е. контактные кольца, состоит из реальной обмотки в пазах ротора, которая соединена с контактными кольцами.В этом двигателе мы можем создавать сопротивление ротора через контактные кольца и щетки. Это позволяет нам изменять пусковые характеристики двигателя.

Беличья клетка имеет стержни ротора на роторе, которые закорочены кольцами с обеих сторон. Этот тип двигателя имеет фиксированные пусковые характеристики, которые нельзя изменить путем добавления дополнительного сопротивления.

Тип контактных колец требует технического обслуживания, так как дополнительно имеет контактные кольца и щетки, которые подвержены износу.Остальные основные части — как под

.
  • Статор
  • Ротор
  • Обмотки статора
  • Обмотки ротора (для типа ротора с фазным ротором) и стержни клетки с короткозамкнутым ротором (для двигателей с короткозамкнутым ротором)
  • Кроме этого у этого мотора также есть:
  • Подшипники
  • Заглушки
  • Мотор-вентилятор с крышкой.
  • Клеммная коробка

Статор и ротор изготовлены из штамповки из кремнистой стали. Это сделано для уменьшения потерь из-за вихревых токов и гистерезиса. Статор может быть подключен к трехфазному источнику питания по схеме треугольника или звезды.

Когда мы подаем питание на статор, потребляемый ток делится на две составляющие, одна из которых является составляющей возбуждения, а другая составляющей нагрузки. Создаваемое таким образом циркулирующее магнитное поле вызывает циркуляционное движение в роторе. Все перечисленные выше детали облегчают вращательное движение ротора.

Разница между асинхронным двигателем и синхронным двигателем

Основное различие между ними заключается в скорости, синхронный двигатель вращается со скоростью, которая является скоростью вращающегося магнитного поля и определяется как 120 f / p, где f — частота питания, а p — количество полюса.

В то время как асинхронный двигатель имеет скорость, которая всегда меньше синхронной скорости из-за скольжения. Можно сказать, что Nas = 120f / p-скольжение. Где Nas означает асинхронную скорость, или мы также можем сказать Nas

Разницу можно увидеть в разных аспектах:

Технические характеристики Синхронный двигатель

Асинхронный двигатель

Тип

Бесщеточные двигатели, самозапускающиеся двигатели и двигатели со статическим возбудителем — это двигатели, доступные в синхронном диапазоне. Асинхронный двигатель переменного тока с ротором в клетке или с фазным ротором является асинхронным двигателем.

Наклейка

В синхронном двигателе скольжение равно нулю В этом моторе токосъемное кольцо не нулевое

Требование дополнительного источника питания

В синхронном двигателе требуется дополнительный источник питания для возбуждения двигателя В случае асинхронного двигателя дополнительный источник питания не требуется

Контактное кольцо и щетки

В синхронном двигателе обычно требуются контактные кольца и щетки В этом двигателе контактное кольцо и щетки не требуются.

Стоимость

Стоимость синхронного двигателя выше

Стоимость асинхронного двигателя ниже.

Эффективность

КПД синхронного двигателя выше КПД этого мотора ниже.

Коэффициент мощности

В этом двигателе коэффициент мощности можно изменять, изменяя ток возбуждения Этот двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности, который нельзя изменить.

Скорость

В этом двигателе скорость не зависит от нагрузки В этом двигателе скорость уменьшается с нагрузкой.

Начиная с

Синхронный двигатель не запускается автоматически, однако его можно запустить как трехфазный асинхронный двигатель, и после достижения почти синхронной скорости он может работать как синхронный двигатель.

Этот двигатель самозапускается и может быть легко запущен с помощью подходящего распределительного устройства.

Техническое обслуживание

Синхронный двигатель требует технического обслуживания Асинхронный двигатель не требует обслуживания

Момент

Изменение напряжения не влияет на крутящий момент синхронного двигателя Крутящий момент этого двигателя пропорционален квадрату напряжения.

Приложения

Синхронный двигатель используется там, где требуется высокая мощность, например, на сталелитейных заводах / электростанциях и т. Д. Эти двигатели очень широко используются во всех небольших приложениях. Этот двигатель также используется в качестве синхронного конденсатора для повышения коэффициента мощности.

Приложения

  • Этот двигатель находит самое широкое применение в промышленности, поскольку он очень надежен, не требует обслуживания и экономичен. Эти двигатели используют почти 70% энергии в промышленности.
  • Трудно представить себе отрасль, в которой не используются эти двигатели,
  • А именно: бумага, металл, пищевая промышленность, перерабатывающая промышленность, такая как цемент, удобрения, перекачка, транспортировка и т. Д.

Часто задаваемые вопросы

1) В чем основное отличие синхронного двигателя от асинхронного?

Основное отличие заключается в том, что асинхронный двигатель — это двигатель с фиксированной скоростью (синхронный), тогда как скорость асинхронного двигателя всегда меньше синхронной скорости.

2) Почему асинхронный двигатель находит очень широкое применение в промышленности, а синхронный — нет?

Этот двигатель практически не требует обслуживания и экономичен.

3) Можно ли изменить коэффициент мощности асинхронного двигателя?

Нет, коэффициент мощности этого двигателя изменить нельзя, он немного изменится только в зависимости от нагрузки.

4) Может ли асинхронный двигатель когда-либо работать с опережающим коэффициентом мощности, как в синхронном двигателе?

Нет, этот двигатель никогда не может работать с опережающим коэффициентом мощности.

5). Что произойдет с крутящим моментом асинхронного двигателя, если напряжение питания изменится?

В этом двигателе крутящий момент прямо пропорционален квадрату напряжения

6). каково будет влияние изменения частоты на асинхронный двигатель?

Изменение частоты в некоторой степени влияет на частоту вращения двигателя.

7). Можем ли мы каким-либо образом изменить частоту вращения асинхронного двигателя?

Да, мы можем изменить частоту вращения этого двигателя, если мы изменим частоту и напряжение, одновременно сохраняя постоянное соотношение.

8). Что произойдет, если асинхронный двигатель будет работать в условиях перегрузки?

Если этот двигатель работает в условиях перегрузки, он будет потреблять чрезмерный ток и вызовет перегорание двигателя.

Таким образом, мы можем сделать вывод из вышеизложенного, что асинхронные двигатели широко используются в промышленности, и они предлагают много преимуществ по сравнению с другими типами двигателей, с появлением технологии переменного напряжения и частоты их роль еще больше возросла. Эти двигатели эволюционировали от низкого КПД до очень высокого КПД.Вот вам вопрос, что такое асинхронный двигатель?

Асинхронные двигатели переменного тока

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

| Как работают двигатели переменного тока — объясните это Рекламное объявление

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть. Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток.Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Изображение: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном и том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: они питаются не постоянным током, а переменным током (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете мощность на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создает магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда легче заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Фотография: эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль-Пуэнте любезно предоставлено NREL.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

  1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно запитываются источником переменного тока (не показан, но подключаются к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
  2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
  3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

Фотография: Двигатель с регулируемой частотой.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор. Количество отдельных электрических токов, возбуждающих питание катушек независимо, не в такте, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ).В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота.У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются выходят и нуждаются в замене время от времени. Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразовывая около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу.Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения. Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный).Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, которые поочередно возбуждаются генератором справа. Это произведение взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро патентов и товарных знаков США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками. Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко).Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года).Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей
  • Электроэнергия для молодых людей: весело и легко «Сделай сам». Проекты Марка де Винка.Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
  • Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателями постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
  • Сила и энергия Криса Вудфорда.Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
  • Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке Google Книги. Возраст 9–12 лет.

Патенты

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе.Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

  • Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
  • Патент США 2 959 721: Многофазные асинхронные двигатели Томаса Х. Бартона и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
  • Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г.Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
  • Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Принцип работы и типы асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели — наиболее часто используемые двигатели во многих областях. Их также называют асинхронными двигателями , потому что асинхронный двигатель всегда работает со скоростью ниже синхронной. Синхронная скорость означает скорость вращающегося магнитного поля в статоре.
В основном существует 2 типов асинхронных двигателей в зависимости от типа входного питания — (i) однофазный асинхронный двигатель и (ii) трехфазный асинхронный двигатель.

Или их можно разделить по типу ротора — (i) двигатель с короткозамкнутым ротором и (ii) двигатель с контактным кольцом или тип

.

Основной принцип работы асинхронного двигателя

В двигателе постоянного тока необходимо подавать питание как на обмотку статора, так и на обмотку ротора. Но в асинхронном двигателе только обмотка статора питается переменным током.
  • Переменный поток создается вокруг обмотки статора из-за источника переменного тока. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью. Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
  • Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает индуцированную ЭДС в проводниках ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Проводники ротора закорочены, и, следовательно, ток ротора возникает из-за наведенной ЭДС. Поэтому такие двигатели называются асинхронными двигателями . (Это действие аналогично тому, что происходит в трансформаторах, поэтому асинхронные двигатели могут называться вращающимися трансформаторами .)
  • Теперь индуцированный ток в роторе также будет создавать вокруг него переменный поток. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Ленца, таково, что он будет иметь тенденцию противодействовать причине его возникновения.
  • Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между магнитным потоком вращающегося статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора.Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и магнитный поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость. Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазный или трехфазный.
Синхронная скорость:

где, f = частота подачи

P = количество полюсов

Слип:

Ротор пытается догнать синхронную скорость поля статора, и, следовательно, он вращается.Но на практике ротор никогда не догоняет. Если ротор догоняет скорость статора, не будет относительной скорости между потоком статора и ротором, следовательно, не будет индуцированного тока ротора и создания крутящего момента для поддержания вращения. Однако это не остановит двигатель, ротор замедлится из-за потери крутящего момента, крутящий момент снова будет действовать из-за относительной скорости. Вот почему ротор вращается со скоростью, которая всегда меньше синхронной скорости.

Разница между синхронной скоростью (N s ) и фактической скоростью (N) ротора называется скольжением.

Конструкция двигателей переменного тока

Если вы читали нашу предыдущую статью Двигатели переменного тока: основная терминология, то теперь вы понимаете:

  • Назначение двигателей переменного тока
  • Стандарты NEMA для электрического оборудования и
  • Основное понятие крутящего момента , скорость и мощность.

Теперь мы обсудим конструкцию двигателей переменного тока, чтобы вы могли определить ключевые отличия деталей двигателя и то, как каждый продукт работает для любого конкретного применения.

Конструкция двигателей переменного тока

В промышленности часто используются асинхронные двигатели переменного тока. Мы обсудим 3-фазные асинхронные асинхронные двигатели 460 В переменного тока. Когда скорость вращающегося магнитного поля больше скорости ротора, вы знаете, что это асинхронный двигатель (см. Рисунок). Двигатель переменного тока состоит из трех основных частей: статора, ротора и корпуса.

Конструкция статора

Статор и ротор на самом деле представляют собой электрические цепи, которые работают как электромагниты.Статор — это электрическая часть двигателя, которая не движется. Для двигателя NEMA сердечник статора состоит из нескольких сотен тонких пластин.

Обмотки статора

Пластины статора образуют полый цилиндр. В каждый паз сердечника статора помещается катушка изолированного провода. Электромагнит образован каждой группой катушек и окружающим их стальным сердечником. Двигатели работают благодаря электромагнетизму. Источник питания напрямую подключен к обмоткам статора.

Конструкция ротора

В электромагнитной цепи ротор — это вращающаяся часть. Ротор с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенным типом ротора. Подумайте о вращающихся колесах для упражнений, используемых в клетках для домашних хомяков, и вы поймете, как устроен ротор клетки для беличьих коров. Ротор состоит из пакета стальных пластин, которые включают равномерно разнесенные токопроводящие шины по периметру.
Сердечник ротора образован многослойными пластинами. Алюминий отливается под давлением в пазах сердечника ротора, образуя серию проводников по окружности ротора.Токопроводящие шины электрически и механически соединены с концевыми кольцами. Наконец, сердечник ротора устанавливается на стальной вал.

Корпус двигателя

Корпус состоит из рамы или ярма и двух концевых кронштейнов, также называемых корпусами подшипников. Статор установлен внутри рамы. Ротор находится внутри статора, но разделен небольшим воздушным зазором, поэтому они не имеют прямого физического контакта друг с другом. Кожух предназначен для защиты рабочих и электрических частей двигателя от агрессивных сред, в которых они работают.Подшипники, установленные на валу, поддерживают ротор, что позволяет ему вращаться. На валу установлен вентилятор на тот случай, когда двигатель нужно охладить.

Теперь вы можете описать конструкцию двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором. Эти знания должны помочь вам, когда вам нужно выбрать правильный двигатель для вашего конкретного применения. Если у вас есть вопросы, мы с радостью поможем. Свяжитесь с нами через Интернет, и мы поможем вам разобраться в ваших вариантах двигателей переменного тока и решить, какой из них лучше всего подходит для вашего применения.

Асинхронный двигатель

— обзор

Частотно-регулируемые приводы

Асинхронные и синхронные двигатели рассчитаны на определенное соотношение напряжения к частоте ( В, / Гц). Напряжение — это напряжение питания двигателя, а частота — это частота питания. Отношение В, / Гц прямо пропорционально величине магнитного потока в магнитном материале двигателя (пластинах сердечника статора и ротора). Крутящий момент, развиваемый на валу двигателя, пропорционален силе вращающегося потока.Тип и количество магнитного материала, используемого в конструкции двигателя, являются факторами, определяющими номинальную мощность двигателя.

При постоянной частоте питающей сети более высокое напряжение приводит к более высокому соотношению В и / Гц и большему магнитному потоку. При постоянном напряжении питания более низкая частота питания приведет к более высокому соотношению В и / Гц и более высокому потоку. Более высокий магнитный поток увеличивает крутящий момент двигателя. Когда двигатель работает при напряжении В, / Гц, превышающем номинальное, возникает перенапряжение, которое может вызвать насыщение статора и магнитного сердечника ротора.Насыщение вызывает перегрев и может привести к отказу мотора. Когда двигатель работает при напряжении В / Гц ниже номинального, магнитный поток уменьшается. Уменьшение магнитного потока снижает крутящий момент и влияет на способность двигателя выдерживать нагрузку.

Когда двигатели питаются напрямую от электросети, частота питающей сети остается постоянной, а напряжение и ток изменяются во время запуска двигателя. Во время разгона двигателя до синхронной скорости (синхронные двигатели) или скорости, близкой к синхронной (асинхронные двигатели), ток сначала возрастет в несколько раз по сравнению с номинальным током и вызовет падение напряжения.Более низкое напряжение при постоянной частоте питания означает более низкое соотношение В и / Гц и меньший магнитный поток, который влияет на крутящий момент. Как только двигатель ускоряется, напряжение восстанавливается до значения, близкого к номинальному, а крутящий момент на валу двигателя достигает номинального значения. В этом случае скорость двигателя будет постоянной и синхронной (синхронные двигатели) или близкой к синхронной (асинхронные двигатели). Если двигатели подключены напрямую к электросети, скорость определяется фиксированной частотой сети и не может контролироваться.Для управления скоростью при необходимости используются дополнительные механические системы: демпферы, клапаны, коробки передач, тормоза и т. Д. Механические системы снижают общую эффективность системы. Кроме того, как объяснялось ранее, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность, поэтому поддержание коэффициента мощности может быть проблемой для асинхронных двигателей. Синхронные двигатели не вызывают проблем с коэффициентом мощности, они действительно могут помочь.

Существует четыре категории проблем с двигателями, подключенными непосредственно к сети электропитания: высокий пусковой ток, контроль крутящего момента, контроль скорости и коэффициент мощности (только для асинхронных двигателей).Одним из эффективных способов решения проблем является использование частотно-регулируемых приводов. При использовании частотно-регулируемых приводов питание привода осуществляется от сети, а питание двигателя — от привода.

ЧРП

управляют скоростью и крутящим моментом двигателя, контролируя частоту и величину напряжений и токов, подаваемых на двигатель. Каждый частотно-регулируемый привод имеет три секции: выпрямитель, фильтр с накопителем энергии и инвертор. Типичная концептуальная конфигурация показана на рис. 7.22.

Рис. 7.22. Типичная конфигурация ЧРП.

Выпрямитель берет синусоиду фиксированной частоты и величины напряжения из сети и выпрямляет ее в форму сигнала постоянного тока.

Фильтр принимает форму сигнала постоянного тока от выпрямителя и обеспечивает почти чистый линейный постоянный ток. Накопитель энергии используется для поддержания мгновенного энергетического баланса. Если при сбалансированной трехфазной нагрузке общая мощность остается постоянной от момента к моменту, а с идеальным преобразователем, накопление энергии не потребуется. На практике преобразователям требуется накопитель энергии для хранения энергии, достаточной для питания двигателя в течение коротких интервалов, когда мощность нагрузки превышает входную мощность.Конденсаторы и индукторы используются для хранения энергии.

Инвертор преобразует мощность постоянного тока обратно в переменный ток через набор электронных переключателей (MOSFET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор), IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), IGCT (встроенный тиристор с коммутацией затвора), GTO (затвор) отключающий тиристор) и др.). Эти переключатели, открывая и закрываясь с определенной скоростью и продолжительностью, могут инвертировать постоянный ток и воссоздавать выходные токи и формы сигналов напряжения, которые имитируют синусоидальные формы сигналов переменного тока.Затем двигатель получает питание от выхода инвертора.

Формы выходных сигналов представляют собой сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Они называются сигналами ШИМ, потому что они создаются несколькими импульсами переключателей с короткими интервалами. Величину и частоту сигналов напряжения ШИМ можно регулировать. Изменяя время, импульсы и какие переключатели срабатывают, частота может быть увеличена или уменьшена. Изменяя ширину и длительность импульсов, можно увеличивать и уменьшать среднее напряжение двигателя.Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой показана на рис. 7.23.

Рис. 7.23. Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой.

При использовании в качестве примера асинхронного двигателя асинхронный двигатель может эффективно работать только при скорости, близкой к синхронной скорости вращающегося поля. Управление скоростью требует непрерывного изменения скорости вращающегося поля, что требует изменения частоты.

Когда выходное напряжение инвертора на каждой выходной частоте инвертора регулируется таким образом, чтобы соотношение В, / Гц поддерживалось постоянным до номинальной скорости, можно получить семейство кривых крутящего момента-скорости, аналогичных рис.7.24.

Рис. 7.24. График зависимости крутящего момента от частоты вращения асинхронного двигателя с частотно-регулируемым приводом с изменением напряжения и частоты с постоянным соотношением В и / Гц.

Точка «a» на рис. 7.24 соответствует крутящему моменту без нагрузки и скорости без нагрузки при частоте питания инвертора 25 Гц. От без нагрузки в точке «a» до полной нагрузки в точке «b» скорость немного снизится. Если требуется поддерживать постоянную скорость из точки «а», регулятор частотно-регулируемого привода повысит частоту, так что рабочая точка при полной нагрузке переместится в точку «с».”Управление частотно-регулируемым приводом также будет повышать напряжение пропорционально увеличению частоты, чтобы поддерживать постоянное соотношение В и / Гц при полной нагрузке и, таким образом, поддерживать крутящий момент при полной нагрузке.

Из рис. 7.24 видно, что момент отрыва постоянен во всех точках ниже номинальной скорости, за исключением низких частот. На низких частотах тяговый момент уменьшается из-за влияния сопротивления статора. Когда частота приближается к нулю, падение напряжения из-за сопротивления статора становится важным, и уменьшение магнитного потока, вызывающее уменьшение крутящего момента, становится заметным.Этот эффект известен и легко смягчается с помощью низкоскоростного повышения напряжения: увеличения отношения В, / f на низких частотах для восстановления магнитного потока. На рис. 7.25 показан типичный набор кривых крутящий момент-скорость для привода с повышением напряжения на низкой скорости.

Рис. 7.25. График зависимости крутящего момента от частоты вращения асинхронного двигателя с частотно-регулируемым приводом с изменением напряжения и частоты, постоянное соотношение В, / Гц до номинальной скорости и повышение напряжения на низкой скорости.

При превышении номинальной скорости соотношение В, / Гц больше не может поддерживаться постоянным, поскольку напряжение не может превышать номинальное напряжение двигателя, чтобы избежать пробоя изоляции двигателя.Увеличение частоты сверх номинальной частоты возможно и приведет к более высокой скорости, но при поддержании напряжения на уровне номинального напряжения и, следовательно, при уменьшении отношения В и / Гц плотность магнитного потока и крутящий момент уменьшатся.

Преимущество двигателей, поставляемых с частотно-регулируемым приводом, заключается в том, что двигатель может обеспечивать одинаковый максимальный крутящий момент от нулевой до номинальной скорости. Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянного крутящего момента». Непрерывная работа с максимальным крутящим моментом на практике не выполняется из-за тепловых ограничений.Верхний предел крутящего момента, равный номинальному крутящему моменту двигателя, обычно устанавливается в контроллере.

С двигателями, поставляемыми с частотно-регулируемым приводом, и их наличием высокого крутящего момента на низких скоростях можно избежать проблем пуска, общих для операций с фиксированной частотой (начальное высокое скольжение, высокий пусковой ток, падение напряжения и уменьшение крутящего момента). Двигатель с частотно-регулируемым приводом запускается с низкой частоты, которая постепенно увеличивается. Скорость скольжения ротора всегда мала, и ротор непрерывно работает с оптимальным крутящим моментом.Номинальный крутящий момент доступен на низких скоростях, а пусковой ток не превышает номинального тока полной нагрузки. Двигатель может запускаться от недельной сети электроснабжения, не вызывая нарушений напряжения в питающей сети.

Как упоминалось ранее, двигатель с частотно-регулируемым приводом может развивать любой крутящий момент до номинального крутящего момента на любой скорости вплоть до номинальной. Эта область называется областью «постоянного крутящего момента». При превышении номинальной скорости В / Гц будет снижаться, поскольку напряжение остается постоянным при номинальном напряжении двигателя, ток статора и ротора также остается постоянным, а скорость и частота увеличиваются, поэтому плотность магнитного потока будет уменьшаться, а крутящий момент будет уменьшаться обратно пропорционально Частота.Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянной мощности». Область постоянной мощности примерно в два раза превышает номинальную скорость. За пределами области постоянной мощности находится область высоких скоростей, где предел тока совпадает с пределом крутящего момента отрыва, который уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты, поэтому постоянная мощность больше не может поддерживаться. Области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости показаны на рис. 7.26.

Рис. 7.26. ЧРП предоставил кривую крутящего момента-скорости асинхронного двигателя в области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости.

В двигателях с ЧРП важно отметить, что кривые крутящий момент-скорость показывают крутящий момент, который двигатель может создать для каждой частоты, но не то, как долго и может ли двигатель работать в каждом состоянии непрерывно. Если в приложении с двигателем, поставляемым с частотно-регулируемым приводом, используется стандартный асинхронный двигатель, необходимо учитывать ограничения по нагреву. Стандартный промышленный двигатель обычно заключен в корпус с установленным на внешнем валу вентилятором, который обдувает воздухом внешний корпус с оребрениями. Стандартная конструкция и охлаждение двигателя предназначены для непрерывной работы при фиксированной частоте и номинальной скорости, подаваемой в сеть.Когда стандартный промышленный двигатель работает, подключенный к ЧРП, который производит низкую частоту и запускает двигатель на низкой скорости, охлаждение двигателя становится проблемой. Двигатель будет способен создавать номинальный крутящий момент на низкой скорости, но в этих условиях он будет работать при более высоких температурах, что может существенно повлиять на срок службы двигателя или вызвать перегрев и отказ двигателя.

Когда двигатель используется в приложениях с частотно-регулируемым приводом, важно указать сценарии работы, соответствующим образом спроектировать охлаждение и использовать двигатели, подходящие для работы с инвертором.

Помимо охлаждения, при использовании двигателей с частотно-регулируемым приводом при проектировании необходимо учитывать и другие факторы, такие как влияние гармоник от частотно-регулируемого привода к сети, конфигурация кабеля и размер кабеля от частотно-регулируемого привода к двигателю и т. Д. .

Как работает двигатель электромобиля — Easy Electric Life

Что такое электродвигатель?

Двигатель электромобиля работает с использованием физического процесса, разработанного в конце 19 века. Он заключается в использовании тока для создания магнитного поля в неподвижной части машины («статоре»), смещение которого приводит в движение вращающуюся часть («ротор»).Мы более подробно рассмотрим эти две части и многое другое ниже.

Принцип электродвигателя

В чем разница между двигателем и двигателем? Эти два слова часто используются как синонимы. Поэтому важно различать их с самого начала. Несмотря на то, что в настоящее время термин «двигатель» используется как почти синоним, в автомобильной промышленности термин «двигатель» относится к машине, которая преобразует энергию в механическую энергию (и, следовательно, в движение), в то время как «двигатель» выполняет то же самое, но специально использует тепловую энергию. энергия.Поэтому, говоря о преобразовании тепловой энергии в механическую, мы имеем в виду горение, а не электрическое.

Другими словами, двигатель — это тип двигателя. Но мотор — это не обязательно двигатель. В случае с электромобилями, поскольку механическая энергия создается из электричества, мы используем слово «двигатель» для описания устройства, которое заставляет электромобиль двигаться (также известного как тяга).

Как двигатель электромобиля работает внутри электромобиля?

Теперь, когда мы знаем, что мы говорим о двигателях, а не двигателях, как двигатель работает внутри электромобиля?

В наши дни электродвигатели можно встретить во многих бытовых устройствах.Те, которые используют двигатели постоянного тока (DC), имеют довольно простые функции. Двигатель подключен непосредственно к источнику энергии, и его скорость вращения напрямую зависит от силы тока. Хотя эти электродвигатели просты в производстве, они не соответствуют требованиям к мощности, надежности или размеру электромобиля, хотя вы можете обнаружить, что они приводят в действие дворники, окна и другие более мелкие механизмы внутри автомобиля.

Статор и ротор

Если вы хотите понять, как работает электромобиль, вам необходимо ознакомиться с физическими элементами его электродвигателя.И он начинается с понимания принципов работы двух его основных частей: статора и ротора. Разницу между ними легко запомнить: статор неподвижен, а ротор вращается. В двигателе статор использует энергию для создания магнитного поля, которое затем вращает ротор.

Итак, как работает двигатель, когда дело доходит до привода электромобиля ? Для этого мы должны обратиться к двигателям переменного тока (AC), которые требуют использования схемы преобразования для преобразования постоянного тока (DC), подаваемого батареей.Давайте подробнее рассмотрим два разных вида тока.

Электромобиль: переменный ток и постоянный ток

Прежде всего, если вы хотите понять, как работает электродвигатель электромобиля, вам необходимо знать разницу между переменным и постоянным током (электронными токами).

Электричество движется по проводнику двумя путями. Переменный ток (AC) описывает электрический ток, при котором электроны периодически меняют направление. Постоянный ток (DC), как следует из названия, течет в одном направлении.

Аккумулятор в электромобиле работает от постоянного тока. Но когда дело доходит до главного двигателя электромобиля (который обеспечивает тягу к транспортному средству), эта энергия постоянного тока должна быть преобразована в переменный ток через инвертор.

Итак, что происходит, когда эта энергия достигает двигателя? Это зависит от того, используется ли в автомобиле синхронный или асинхронный двигатель.

Типы электродвигателей

В автомобильной промышленности существуют двигатели переменного тока двух типов: синхронные и асинхронные.Когда дело доходит до электромобиля, у синхронных и асинхронных двигателей есть свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.

Синхронные и асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, основан на статоре с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Это влечет ротор в бесконечную погоню, как если бы он безуспешно пытался догнать магнитное поле. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.

В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, его скорость вращения прямо пропорциональна частоте тока, который питает двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского движения, которое обычно требует регулярной остановки и запуска на низких скоростях.

И синхронные, и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, что означает, что они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время замедления.Это принцип рекуперативного торможения , который происходит от генератора.

Части электродвигателей

Давайте теперь подробнее рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателей или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до силового агрегата в целом.

Постоянные магниты

В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами. Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле.Преимущество постоянного электромотора в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются в различных промышленных целях: от ветряных генераторов, аккумуляторных инструментов и наушников до велосипедных динамо-машин и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!

Проблема в том, что цены на эти «редкие земли» очень волатильны.Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители упорно трудятся над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.

Синхронные двигатели с внешним возбуждением

Одно из этих решений, используемое Renault для New ZOE, включает изготовление магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием при сохранении отличного соотношения между массой двигателя и передаваемым крутящим моментом.

Гийом Фори, руководитель отдела проектирования завода Renault Cléon во Франции, дает представление о сложности и изобретательности двигателя New ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки катушек и пропитки. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения отношения веса к мощности и высокая скорость производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов ».

Электрическая трансмиссия

В электрическом транспортном средстве двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного блока, электрической трансмиссии , ансамбля, который заставляет электродвигатель работать.

Также в этом устройстве Power Electronic Controller (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядку аккумулятора. Наконец, он включает в себя редукторный двигатель, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.

Вместе эти элементы обеспечивают плавную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, дешевле и приятно водить!

Авторские права: Pagecran

Читайте также

Электромобиль

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о подключаемом гибридном автомобиле

10 июня 2021

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Посмотреть больше .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *