Принцип асинхронный двигатель: Принцип работы асинхронного электродвигателя | Русэлт

Содержание

Принцип работы асинхронного электродвигателя | Русэлт

Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.

Принцип работы на примере асинхронного электродвигателя трехфазного тока

Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.

Вместе с изменением частоты напряжения на обмотке статора, изменяется и магнитный поток. Фазы и магнитные потоки смещены относительно друг друга на сто двадцать градусов. Суммарный магнитный поток и будет вращающимся магнитным потоком, создающим электродвижущую силу (ЭДС).

ЭДС, в замкнутой электроцепи обмотки ротора, индуцирует электроток. Во взаимодействии с магнитным потоком статора, ток создает пусковой момент электрического двигателя. Ротор начинает вращение в таком же направлении, что и магнитное поле статора при превышении пусковым моментом двигателя его тормозного момента.

Преимущества и недостатки асинхронных электродвигателей

Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:

  • Сравнительно невысокая цена;
  • Надёжность
  • Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.

Асинхронные электродвигатели имеют и ряд недостатков:

  • Трудности с точным регулированием скорости;
  • Большой пусковой ток;
  • Относительно невысокий коэффициент мощности.

По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:

  • Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
  • Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.

Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).

Принцип работы асинхронных электродвигателей | Полезные статьи

Конструктивные особенности асинхронного двигателя

Асинхронный электродвигатель обладает неподвижной частью — статором, на котором располагается обмотка, создающая вращающееся магнитное поле. Также есть здесь и подвижная часть в виде ротора, на котором появляется электромагнитный момент, приводящий во вращение сам ротор вместе с исполнительным механизмом. Что касается сердечников статора и ротора, то они обычно делаются из изолированных листов электротехнической стали. При этом в качестве изоляции листов статора выступает лаковая пленка, а листы ротора изолирует окалина, которую создают во время прокатки. Листы статора и ротора обладают пазами, в которых находятся обмотки соответствующих деталей. Короткозамкнутая обмотка ротора, как правило, производится литьем из алюминиевого сплава.

Как работает асинхронный двигатель?

Принцип работы асинхронного двигателя заключается в том, что при подключении обмотки статора к сети появляется синусоидально распределенное вращающееся магнитное поле. Последнее, в свою очередь, индуцирует в обмотках статора и ротора электродвижущую силу, под действием которой по роторным проводникам проходит электрический ток. Суммарная сила, которая прикладывается ко всем проводникам ротора, создает электромагнитный момент — он как раз и увлекает ротор за вращающимся магнитным полем. В том случае, если этот момент достаточно длителен, то ротор начинает вращаться. По своей конструкции асинхронные двигатели могут обладать фазным ротором (с контактными кольцами) и с короткозамкнутым ротором. Такие двигатели обладают одинаковой конструкцией статора и отличаются устройством ротора. Что касается пусковых свойств данных видов двигателей, то они отличаются друг от друга.

 

Регулирование скорости вращения и плавный пуск двигателя

Иногда может потребоваться регулировка скорости вращения асинхронного электродвигателя — это необходимо ввиду разных причин:

  • для изменения воздушного расхода в системе вентиляции;
  • для регулировки производительности насосов;
  • для того чтобы изменить скорость движущихся деталей, что может потребоваться в станках и конвейерах.

В различных вентиляционных системах это дает возможность сохранить электроэнергию и понизить уровень акустического шума установки.

Существует несколько способов регулирования скорости асинхронных электродвигателей. В частности, это такие варианты, как изменение рабочего напряжения и изменение частоты питающего напряжения. В первом случае регулировка может осуществляться с помощью автотрансформатора — обычного трансформатора, только имеющего одну обмотку и отводы от части витков. Такой регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя не имеет гальванической сети, но она здесь как раз не нужна, в результате чего получается существенная экономия ввиду отсутствия вторичной обмотки. Если говорить о втором способе регулировки скорости, то он осуществляется за счет введения резисторов в роторную цепь. Благодаря этому у двигателя увеличиваются потери мощности и, соответственно, снижается частота вращения ротора из-за увеличения скольжения.

В процессе выбора и использования данных агрегатов может возникнуть вопрос о том, как совершить плавный пуск асинхронного электродвигателя — к счастью, в этом сейчас нет проблемы, так как существуют специальные устройства плавного пуска — софтстартеры, благодаря которым можно успешно регулировать напряжение на зажимах двигателя.

В результате такой возможности можно контролировать торможение двигателя, запускать его при увеличенной нагрузке и экономить электроэнергию при установленном режиме.

Асинхронный электродвигатель: виды и принцип работы

В наши дни электрооборудование выглядит совсем иначе, чем изобретение российского электротехника, но по-прежнему используются для превращения электрической энергии в механическую. Надежность в работе, простая конструкция и невысокая себестоимость были по достоинству оценены покупателями. Сегодня асинхронные двигатели — наиболее распространенный во всем мире тип моторов. Их используют для комплектации промышленного оборудования, бытовой техники и электроинструментов в девяти случаев из десяти.

Какие бывают виды асинхронных механизмов

Асинхронный мотор имеет самую простую конструкцию. Классическое устройство электродвигателя состоит из статора, а также ротора.

Статор выполнен в форме классического цилиндра. Для изготовления статора производители используют тонкие стальные листы, обмотка в пазах сердечника сделана из специального провода. Оси обмоток расположены друг к другу под углом 120°. Их концы соединяются по-разному — все зависит от допустимой величины напряжения. В одних случаях соединение напоминаем звезду, в других — треугольник.

В отличие от статора, роторы бывают нескольких типов. Производители классифицируют выпущенные моторы именно по типу ротора — виды асинхронных двигателей: с короткозамкнутым и фазным ротором. Давайте рассмотрим каждый их подробнее.

  • Фазный — это ротор с трехфазной обмоткой, которая напоминает обмотку статора. Ее концы соединяются в форме звезды, края крепятся к контактным кольцам. К этим же кольцам присоединяются добавочные резисторы, которые меняют активное сопротивление в цепи и уменьшают большие пусковые токи.
  • Короткозамкнутый ротор — сердечник, изготовленный из стальных листов. Для серийного производства, как правило, используется расплавленный алюминий, который заливается и образовывает стержни между торцевых колец. Конструкция ротора получила в обиходе название «беличья клетка», так как внешне напоминает бочку для грызунов. Когда заходит речь об изготовлении мощных двигателей, производители используют не алюминий, а медь.

Асинхронный электродвигатель: принцип работы

Напряжение подается на обмотку статора. В этот момент возникает магнитный поток, величина которого меняется с изменением частоты напряжения. Потоки сдвинуты во времени и пространстве по отношению друг к другу на 120°. Вращающим оказывается результирующий магнитный поток, который движется, тем самым создавая в проводниках ротора ЭДС. Обмотка ротора исполняет роль замкнутой электрической цепи, в ней появляется ток, который, взаимодействуя с потоками статора, создает пусковой момент. Мотор стремится повернуть ротор в направлении движения магнитного поля статора. В тот момент, когда он достигает значения тормозного момента ротора и превышает его, ротор начинает вращаться, вызывая скольжение.

Что такое скольжение? Это величина, которая показывает нам, насколько синхронная частота магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора.

S = ((n1 — n2)/n1) х 100 %, где:

S — скольжение;

n1 — синхронная частота магнитного поля статора, n2 — ротора.

Почему так важно скольжение? Его используют для характеристики асинхронных электродвигателей, ведь изначально скольжение равно единице, но по мере роста n1 относительная разность частот n1-n2 становится меньше. В результате этого, падает ЭДС и ток в проводниках ротора, что в свою очередь приводит к уменьшению вращающего момента. Если провести анализ, в состоянии холостого хода, в тот момент, когда мотор работает без нагрузки на валу, показатель скольжения минимален. Как только возрастает статический момент, скольжение растет до величины Skp — критического скольжения. Этот показатель очень важен, ведь как только будет превышена точка критического скольжения, асинхронные двигатели перестают стабильно работать. Значение скольжения колеблется в пределах от нуля до единицы, асинхронных моторов универсального назначения в номинальном режиме до 8 %. Как только наступает равновесие между электромагнитным и тормозным моментом изменение величин прекратится.

Если говорить простыми словами, принцип работы мотора состоит во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Вращающий момент возникает только тогда, когда появляется разность частот вращения магнитных полей.

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.

Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется «беличьей клеткой». Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.

Получение вращающегося магнитного поля

Обмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Пуск асинхронных двигателей

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов — для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.

Способы торможения двигателей

При торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.


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

Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

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

2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

3. Очень простая схема запуска.

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

5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

Недостатки:

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

2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

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

4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

5. Высокие показатели пусковых токов.

Достоинства двигателей с фазным ротором:

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

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

3. Небольшой пусковой ток.

4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

Недостатки:

1. Большие габариты.

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

3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

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

С уважением Александр!

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

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

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

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

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

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

Статор

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

Статор асинхронного двигателя

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

Сердечник статора

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

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

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

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

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

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

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

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

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

Ротор

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

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

Устройство короткозамкнутого ротора

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

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

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

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

Как сделан фазный ротор

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

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

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

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

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

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

Недостатки:

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

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

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

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

Как регулируется частота вращения

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

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

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

Однофазный асинхронный двигатель

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

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

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

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

5.2. Устройство асинхронного двигателя

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

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

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

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

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

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

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

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

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

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

4 — лопасти вентилятора

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

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

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

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

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

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

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

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

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

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

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

,

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

Таблица 5.2

f = 50 Гц

Р

1

2

3

4

5

6

n0, об/мин

3000

1500

1000

750

600

500

р=1

f. ГЦ

50

100

200

400

500

1000

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

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

Рис.5. 6. Изменение направления вращения магнитного поля.

Асинхронный двигатель

Содержание:

Среди устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, несомненным лидером является трехфазный асинхронный двигатель – простой и надежный в эксплуатации агрегат. Благодаря своим качествам, он получил широкое применение в промышленности и других областях, где используются механизмы. Название двигателя связано с основным принципом его работы. У этих устройств магнитное поле статора вращается с частотой, превышающей частоту вращения ротора. Работа агрегата осуществляется от сети переменного тока.

Где применяются

Асинхронные двигатели активно используются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они потребляют примерно 70% всей энергии, предназначенной для преобразования электричества во вращательное или поступательное движение. Асинхронные двигатели зарекомендовали себя наиболее эффективными в качестве электрической тяги, без которой не обходятся многие технологические операции.

Асинхронные двигатели обладают множеством положительных качеств. Простая конструкция позволяет изготавливать наиболее дешевые и надежные устройства. Минимальные расходы по эксплуатации обеспечиваются отсутствием скользящего узла токосъема, что одновременно повышает и надежность агрегата.

Данный тип электродвигателей может быть трехфазным или однофазным, в зависимости от количества питающих фаз. В случае необходимости и при соблюдении определенных условий, трехфазный агрегат может питаться и работать от однофазной сети. Эти устройства применяются не только в промышленности, но и в бытовых условиях, а также на садовых участках или домашних мастерских. Однофазные двигатели обеспечивают работу и вращение вентиляторов, стиральных машин, небольших станков, водяных насосов и электроинструмента.

Для нормального действия асинхронного агрегата необходимо выбирать наиболее рациональную схему управления. Трехфазный двигатель будет работать в однофазном режиме при условии правильного расчета конденсаторов, выбора типа и сечения проводов, аппаратуры защиты и управления.

Устройство асинхронного двигателя

Понятие асинхронный означает не совпадающий по времени, неодновременный. В связи с этим, ротор такого двигателя вращается с частотой, меньшей чем частота вращения электромагнитного поля статора.

Подобное отставание называется скольжением и обозначается символом S в формуле, применяемой для расчетов:

  • S = (n1 – n2)/n1 – 100%, где n1 является синхронной частотой магнитного поля статора, а n2 – частотой вращения вала.

Конструктивно, стандартный асинхронный электродвигатель включает в себя следующие элементы и детали:

  • Статор с обмотками. Эту функцию также может выполнять станина, внутри которой помещается статор с обмотками.
  • Короткозамкнутый ротор. Если используется фазный – он может называться якорем или коллектором.
  • Подшипники различного типа – качения или скольжения. На двигателях повышенной мощности в передней части установлены крышки для подшипников с уплотнениями.
  • Металлический или пластмассовый охлаждающий вентилятор, помещенный в кожух с прорезями для подачи воздуха.
  • Подключение кабелей осуществляется с помощью клеммной коробки.

Данные конструктивные элементы могут незначительно изменяться, в зависимости от модификации электродвигателя.

Как уже отмечалось, асинхронные двигатели бывают трехфазными или однофазными. Первый вариант, в свою очередь, выпускается с короткозамкнутым или фазным ротором. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Статор обладает круглой формой и собирается из специальных стальных листов, изолированных между собой. В результате, конструктивно образуется сердечник с пазами, в которые укладываются обмотки. Для этих целей используется обмоточный медный провод, изолированный лаком. В мощных агрегатах обмотки делаются в виде шины. При укладке они сдвигаются между собой на 120 градусов. Соединение осуществляется по схеме звезды или треугольника.

Конструкция самого короткозамкнутого ротора изготавливается в виде вала с надетыми на него стальными листами. Этот набор листов образует сердечник с пазами, заливаемые расплавленным алюминием. Равномерно растекаясь по пазам, алюминий образует стержни, края которых замыкают алюминиевые кольца.

Фазный ротор состоит из вала с сердечником и трех обмоток. С одного конца они соединяются звездой, а с другого – соединяются с токосъемными кольцами, на которые с помощью щеток подается электрический ток. Во время запуска образуется большой пусковой ток асинхронного двигателя. Его можно уменьшить путем добавления к фазным обмоткам нагрузочного реостата.

Принцип работы

Устройство и конструктивные особенности асинхронного двигателя определяют и принцип действия данного агрегата. Когда на обмотку статора подается напряжение, в ней образуется магнитное поле. Такая подача напряжения приводит к изменениям магнитного потока и всего магнитного поля статора. Измененные магнитные потоки поступают к ротору, приводят его в действие, после чего он начинает вращаться. Для того чтобы статор и ротор работали асинхронно, требуется, чтобы значения напряжения и магнитного потока были равны переменному току, используемому в качестве источника питания.

Сам двигатель работает следующим образом:

  • Вращающееся магнитное поле воздействует на короткозамкнутую обмотку, специально приспособленную для вращения.
  • Поле пересекает проводники роторной обмотки, индуктируя в них электродвижущую силу.
  • Под воздействием силы в проводниках ротора начнется течение электрического тока, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем. Это приводит к появлению электромагнитных сил, воздействующих на обмотку ротора.
  • В сумме, действия приложенных сил вызывают появление вращающего момента, приводящего во вращение ротор в направлении магнитного поля.

Величина индуктированной ЭДС зависит от частоты пересечения проводников вращающимся магнитным полем. То есть, чем выше разница между n1 и n2, тем больше будет величина ЭДС. Ротор будет вращаться с частотой n2, которая всегда будет отставать от синхронной частоты поля статора n1. Эта разница между обеими частотами и будет частотой скольжения ∆n= n1- n2. Данное неравенство является необходимым условием появления электромагнитного вращающегося момента в асинхронном двигателе. Поэтому агрегат так и называется, поскольку вращение ротора происходит несинхронно с полем статора.

Что такое скольжение

Понятие скольжения представляет собой отношение частоты вращения к частоте поля. Данная величина S берется в процентном отношении от частоты вращения магнитного поля. В соответствии с формулой, рассмотренной ранее, частота вращения ротора, определяемая с помощью скольжения составит: n2 = n1 x (1 – S).

Ротор асинхронного двигателя вращается в том же направлении, что и его магнитное поле. В свою очередь, направление вращения поля зависит от последовательности фаз трехфазной сети. Изменить направление вращения ротора возможно за счет изменения направления вращения поля, создаваемого статором. В этом случае изменяется порядок поступления импульсов тока к отдельным обмоткам. В случае необходимости может быть задано вращение по часовой или против часовой стрелки.

Важным моментом считается пуск асинхронного двигателя, при котором происходит пересечение обмотки ротора вращающимся магнитным полем. В результате, индуктируется большая ЭДС, создающая высокий пусковой ток. Подобное состояние компенсируется специальной нагрузкой, снижающей скорость вращения ротора.

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором


Пожалуй, нет ни одного серьезного механизма или машины, где не применялись бы электрические двигатели. В автомобиле, с стиральной машине, сельхозтехнике и мелких бытовых приборах — везде используется электрический двигатель. Наибольшее распространение получил асинхронный электрический двигатель и о нем сегодня мы поговорим.

Содержание:

  1. Синхронные и асинхронные двигатели в машиностроении и в быту
  2. Преимущества АС двигателя
  3. Двигатель с фазным ротором
  4. Короткозамкнутый ротор и его особенности
  5. Как работает магнитное поле

Синхронные и асинхронные двигатели в машиностроении и в быту

Благодаря своей простоте и экономичности, асинхронный электромотор может пригодиться не только в машиностроении и в быту, но мы рассмотрим именно такие двигатели, которые встречаются чаще всего. Причиной популярности асинхронного двигателя переменного тока стали его доступность, возможность подключения к любой розетке электропитания без всяких выпрямителей и согласовательных устройств, а также простотой обслуживания и ремонта в случае чего.

 

Существуют два вида асинхронных электромоторов — с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Но для начала стоит разобраться в конструкции и узнать принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, после чего станет понятна причина его популярности. Несмотря на то, что асинхронный мотор был разработан еще в конце 19 века, до сих пор его конструкция особенных изменений не претерпела.

Преимущества АС двигателя

Главной особенностью характеристик этого двигателя и самым ценные их проявлением, считают тот факт, что нагрузка на двигатель практически никак не зависит от частоты вращения вала. Магнитные поля и электродвижущую силу изучают уже лет двести, а наш асинхронный двигатель стал лучшим подтверждением тому, это один из самых эффективных методов трансформации энергии.

Принцип работы этого мотора как раз основан на взаимодействии подвижного магнитного поля и токопроводящего элемента, распложенного внутри этого поля. Двигатель, как известно еще со школьной скамьи, состоит из двух базовых узлов — рoтора и статора. Статoр как раз генерирует вращающееся магнитное поле. Конструктивно, статoр представляет собой металлический сердечник, на него намотана обмотка из медной проволоки с термолаковой изоляцией.

Внутри статора, внутри его магнитного поля, поместили ротор, который представляет собой вал с сердечником и обмоткой. На рисунке ниже изображена схема устройства асинхронного мотора.
По схеме понятно, что статор состоит из наборных пластин и нескольких обмоток, которые намотаны на пластинчатый сердечник. Эти обмотки могут подсоединяться по разным схемам, в зависимости от типа напряжения. Каждая их обмоток сдвинута друг отнoсительно друга на 120 градусов. А ротор такого двигателя может быть принципиально двух типов.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Короткозамкнутый ротор и его особенности

Короткoзамкнутый ротор представляет собой наборной сердечник из специальной листовой стали. Сердечник имеет каналы, которые не изолируют обмотки друг от друга, а наоборот — они залиты расплавленным легкоплавким легким металлом, а он образует прутки, которые в торцах фиксируются на кольцах.

Металл, из которого выполняют эти прутки и которым заливают пространства между сердечниками, зависит от требуемых характеристик двигателя и это может быть как медь, так и алюминий.

Как работает магнитное поле

Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.

За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.

Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.

Читайте также:


Принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель изобретен достаточно давно и нашел широкое применение в различных областях благодаря простоте конструкции и надежности. Однако он имеет ряд недостатков, ключевыми из которых являются:

  • высокая пусковая мощность до момента выхода на рабочую частоту вращения;

  • низкий крутящий момент на старте;

  • квадратичная зависимость мощности от питающего напряжения;

  • предельная частота вращения для стандартной сети 50 Гц в 3000 об/мин.

Также штатно такой двигатель может работать только в одном направлении вращения. Все эти недостатки устраняются применением частотного преобразователя для управления асинхронным двигателем, использование которого обеспечивает:

  • плавный пуск и остановку;

  • возможность регулировки частоты вращения и повышение штатного числа оборотов в минуту;

  • смену направления вращения;

  • защиту двигателя от перегрузок и заклинивания оборудования;

  • точное поддержание заданной частоты вращения.

Несмотря на то, что это достаточно дорогостоящее оборудование, его применение оправдано как для решения промышленных задач, так и в быту, например, для управления насосом автономного водоснабжения или вентиляцией. 

Как работает частотник для асинхронного двигателя

Несмотря на сложность схемотехнических решений, в том числе и с использованием микропроцессорного управления, принцип работы частотного преобразователя для асинхронного двигателя достаточно прост. Современные частотные преобразователи строятся по инверторной схеме с двойным преобразованием и работают по такому принципу:

  • входное одно- или трехфазное напряжение выпрямляется;

  • фильтруется от пульсаций и стабилизируется;

  • выпрямленное напряжение поступает на управляемые генераторы напряжения и частоты, которые формируют переменное выходное напряжение с заданными характеристиками;

  • режимом работы выходных генераторов управляет контроллер, построенный, как правило, на базе микропроцессора.

Таким образом, на вход питания двигателя подается не напряжение электросети с фиксированной частотой 50 Гц, а переменный ток с частотой, которую задает управляемый генератор частотного преобразователя. При этом частотник управляет не только частотой, но и напряжением, поэтому обеспечивается стабильный режим работы двигателя. В системе управления предусмотрена обратная связь, которая контролирует параметры выходного напряжения и его частоты на соответствие заданным. Также современные преобразователи могут иметь внешнюю обратную связь, которая контролирует параметры работы системы с асинхронным двигателем и оперативно изменяет режим его работы для поддержания, например, давления в системе подачи воды или скорости движения транспортера на заданном уровне.

Потери на такое двойное преобразование у современных частотников составляют всего несколько процентов, а те возможности, которые они предоставляют по управлению электроприводами, значительно расширяют сферу применения асинхронных двигателей.


вернуться в блог

Принцип работы асинхронного двигателя: 2022 Полное руководство

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. Благодаря низкой стоимости, а также простой и прочной конструкции асинхронных двигателей эти двигатели являются наиболее широко используемыми двигателями переменного тока в промышленности и быту. В этой статье мы обсудим принцип работы асинхронного двигателя.Следите за этим новым блогом в Linquip, чтобы узнать больше.

Принцип работы асинхронного двигателя

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель, сначала вы должны знать, что асинхронный двигатель следует этим двум законам для создания однонаправленного крутящего момента.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Он гласит, что проводник, помещенный в переменное магнитное поле, индуцирует электромагнитную силу (ЭДС). Замкнутый проводник приводит к протеканию тока, известного как индуцированный ток.

Закон силы Лоренца

Он гласит, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила. Сила, действующая на проводник, ортогональна направлению тока и магнитного поля.

Теперь давайте познакомимся с принципом работы асинхронного двигателя.

В двигателе постоянного тока питание необходимо для обмотки статора, а также для обмотки ротора. Но в асинхронном двигателе переменным током питается только обмотка статора.

  • Из-за питания переменным током вокруг обмотки статора создается переменный поток. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью. Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
  • Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает ЭДС индукции 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.
  • Теперь индуцированный ток в роторе также создаст переменный поток вокруг него. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Лоренца, таково, что он будет стремиться противодействовать причине его возникновения.
  • Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между вращающимся потоком статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора. Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость.Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость, которая является скоростью вращения вращающегося магнитного поля. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазного или трехфазного.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Основная обмотка однофазного асинхронного двигателя питается от однофазного переменного тока. Это создает флуктуирующий магнитный поток вокруг ротора. Это означает, что при изменении направления переменного тока изменяется направление генерируемого магнитного поля.Этого недостаточно, чтобы вызвать вращение ротора. Здесь применяется принцип теории двойного вращения поля.

Согласно теории двойного вращающегося поля, одно переменное поле возникает из-за комбинации двух полей одинаковой величины, но вращающихся в противоположном направлении. Величина этих двух полей равна половине величины переменного поля. Это означает, что при приложении переменного тока создаются два поля половинной величины с одинаковыми величинами, но вращающимися в противоположных направлениях.

Итак, теперь в статоре течет ток, а магнитное поле вращается на роторе, таким образом, на ротор действует закон электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону вращающиеся магнитные поля производят электричество в роторе, которое создает силу, которая может вращать ротор.

Подробнее о Linquip

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

  • постоянная величина, которая вращается с синхронной скоростью.Это изменяющееся магнитное поле разрезает проводники ротора и индуцирует в них ток по принципу действия законов электромагнитной индукции Фарадея. Когда эти проводники ротора закорочены, ток начинает течь по этим проводникам.
  • При наличии магнитного поля статора размещаются проводники ротора, и поэтому по закону силы Лоренца на проводник ротора действует механическая сила. Таким образом, вся сила проводника ротора, т. е. сумма механических сил, создает в роторе крутящий момент, который стремится сдвинуть его в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.
  • Это вращение проводника ротора также можно объяснить законом Ленца, согласно которому наведенные токи в роторе противодействуют причине его возникновения, здесь это противодействие — вращающееся магнитное поле. Это приводит к тому, что ротор начинает вращаться в том же направлении, что и статор, вращая магнитное поле. Если скорость ротора больше скорости статора, то в роторе не будет индуцироваться ток, потому что причиной вращения ротора является относительная скорость магнитных полей ротора и статора.

Итак, это все, что вам нужно было знать о принципе работы асинхронного двигателя. Если вам понравилась эта статья, дайте нам знать, что вы думаете, оставив ответ в разделе комментариев. Мы будем более чем рады узнать ваше мнение о статье. Есть ли какие-либо вопросы, с которыми мы можем вам помочь? Не стесняйтесь зарегистрироваться на Linquip, где наши специалисты готовы предоставить вам самый профессиональный совет.

Купите оборудование или запросите услугу

Используя службу Linquip RFQ, вы можете рассчитывать на получение предложений от различных поставщиков из разных отраслей и регионов.

Щелкните здесь, чтобы запросить коммерческое предложение от поставщиков и поставщиков услуг

Конструкция, принцип работы и преимущества

Асинхронный двигатель является наиболее широко используемым двигателем переменного тока в промышленности и быту. Теперь вы можете подумать, почему это так? Это связано с низкой стоимостью, простой и прочной конструкцией двигателя. Кроме того, он имеет хорошие эксплуатационные характеристики с КПД до 90%. Асинхронный двигатель не имеет коммутатора, как тот, что мы видели в двигателе постоянного тока.Следовательно, он обеспечивает хорошую регулировку скорости без искрообразования.

Таким образом, при таком большом количестве преимуществ становится необходимым удовлетворить спрос на механическую мощность с помощью асинхронного двигателя. Но разве это не заставляет задуматься о том, как работает этот мотор и дает столько преимуществ? Если да, то придерживайтесь этой статьи, чтобы понять каждую деталь асинхронного двигателя.

Конструкция асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из рамы, сердечника статора, ротора, валов и подшипников.

Рама

Корпус асинхронного двигателя

Это внешний корпус двигателя. Он поддерживает сердечник статора и защищает внутренние части машины от окружающей среды.

Сердечник статора

Статор состоит из пакета пластин кремнистой стали в виде кольца. Он помещается внутри рамы статора и имеет пазы на внутренней периферии. Эти пазы несут трехфазную обмотку, разделенную на 120 градусов в пространстве. Вот здесь на рисунке показано распределение трехфазной обмотки в статоре.

Трехфазная обмотка со смещением на 120 градусов на статоре

, роторе

Ротор состоит из пакета пластин в форме цилиндра. На его внешней периферии пробиты пазы, в которых расположены обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки роторы делятся на две категории.

Ротор с короткозамкнутым ротором
Ротор с короткозамкнутым ротором асинхронного двигателя

** Изображение предоставлено: Википедия

В этом роторе в качестве проводников ротора используются медные или алюминиевые стержни. Каждая щель ротора несет проводник без какой-либо изоляции от сердечника.Все жилы закорочены кольцевыми кольцами, они же концевые.

Ротор с обмоткой
А. Намотанный ротор асинхронного двигателя

В обмотках ротора используются провода или ленты. Распределение трехфазной обмотки на роторе аналогично статору. Обмотка подключается к внешнему сопротивлению через контактные кольца и щетки. Раневой ротор обеспечивает более высокий пусковой момент по сравнению с короткозамкнутым ротором.

Валы и подшипники

Шариковые и роликовые подшипники

В асинхронном двигателе используются шариковые и роликовые подшипники.Эти подшипники поддерживают вал ротора и обеспечивают плавное вращение.

 

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель следует этим двум законам для создания однонаправленного крутящего момента.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

В нем говорится, что проводник, помещенный в переменное магнитное поле, индуцирует электромагнитную силу (ЭДС). Замкнутый проводник приводит к протеканию тока, известного как индуцированный ток.

Закон силы Лоренца

В нем говорится, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила.Сила, действующая на проводник, ортогональна направлению тока и магнитного поля.

Прежде чем понять, как эти законы управляют вращением асинхронного двигателя, давайте посмотрим, как статор создает вращающееся магнитное поле.

 

Концепция вращающегося магнитного поля

Создание вращающегося магнитного поля требует двух основных условий:

  • Трехфазная распределенная обмотка. Оси обмоток должны составлять пространственный угол 120 градусов.
  • Трехфазный источник переменного тока. Величина тока в трех фазах одинакова, но смещена во времени на 120 градусов. На рисунке показана синусоидальная волна трехфазного источника. Посмотрите, как каждый фазный ток достигает своего пикового значения в разное время.
Трехфазный синусоидальный сигнал переменного тока

**Изображение предоставлено Википедией

Когда мы подаем это трехфазное питание на обмотки статора, обмотки начинают создавать магнитный поток. На рисунке ниже показана ориентация магнитного потока по трем фазам после подачи трехфазного питания.

Ориентация магнитного потока по трем фазам

Но поскольку ток от трехфазного источника достигает своего пикового значения в разные моменты времени, магнитный поток будет следовать такому же поведению. Давайте посмотрим, как. Рассмотрим эти моменты времени X, Y и Z на осциллограмме.

Три выбранных интервала времени, т. е. X, Y и Z

Ориентация вектора магнитного поля в выбранные моменты времени

В точке Х

В точке X величина тока в фазе A больше по сравнению с фазами B и C.Кроме того, ток в фазе А положительный, а ток в фазах В и С отрицательный. Итак, если мы представим векторы магнитного поля в точке X, это будет выглядеть так. Обратите внимание на направление результирующего магнитного поля.

Выравнивание векторов магнитного поля в момент X
В точке Y

В точке Y величина тока в фазе B больше и положительна. На рисунке ниже показана ориентация векторов магнитного поля в точке Y. В этом случае изменилось направление результирующего магнитного поля.

Выравнивание векторов магнитного поля в момент Y
В точке Z

В точке Z величина тока в фазе C больше и положительна. Векторное представление магнитного поля выглядит так. Обратите внимание, что направление результирующего магнитного поля снова изменилось.

Выравнивание векторов магнитного поля в момент Z

Из приведенных выше трех моментов времени делаем вывод, что результирующая величина магнитного поля всегда остается постоянной, но его направление периодически меняется.Проследив траекторию вектора магнитного поля, мы получим окружность.

Следовательно, приложение трехфазного тока к трехфазной распределенной обмотке создает вращающееся магнитное поле. Поле вращается с постоянной скоростью, известной как синхронная скорость.

 

Как вращается ротор асинхронного двигателя?

Итак, после генерации вращающегося магнитного поля проводники ротора начинают взаимодействовать с магнитным полем. Предположим, что проводник ротора взаимодействует с магнитным полем, как показано на рисунке.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля с проводником ротора

Это взаимодействие индуцирует ток в проводнике (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея). Теперь по закону Лоренца на проводник начинает действовать сила. Эта сила стремится сместить ротор в направлении, показанном на рисунке.

Направление силы на проводник ротора

И ротор начинает медленно разгоняться и пытаться достичь синхронной скорости статора.

Отсюда делаем вывод, что асинхронный двигатель является самозапускающимся и требует только одного источника возбуждения.

 

Что произойдет, если ротор достигнет синхронной скорости?

Итак, когда ротор начинает вращаться, между магнитным полем статора и проводниками ротора лежит большая относительная скорость. По мере ускорения ротора эта относительная скорость начинает уменьшаться. Следовательно, ток в проводнике ротора начинает уменьшаться.

Теперь предположим, что относительная скорость между ними становится равной нулю, и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При этом магнитное поле больше не взаимодействует с проводниками ротора.Следовательно, ток в проводниках ротора не течет. Как следствие, на проводники ротора никакая сила не действует. Таким образом, скорость вращения ротора уменьшится. Ротор всегда пытается поймать синхронную скорость, но никогда не достигает ее.

Таким образом, мы заключаем, что асинхронный двигатель всегда работает с меньшей скоростью, чем синхронная скорость. Поэтому он также известен как асинхронный двигатель.

 

Что такое скольжение?

Итак, мы увидели, что всегда существует разница скоростей между вращающимся магнитным полем и проводниками ротора.Эта разница скоростей известна как скольжение. Если мы обозначим синхронную скорость через (Ns) и скорость ротора через (Nr), то скольжение (s) будет равно

.

с = (Ns – Nr)/Ns.

Значение Slip всегда находится в диапазоне от 0 до 1.

 

Преимущества асинхронного двигателя

  • Прочные асинхронные двигатели. Следовательно, его работа не зависит от условий внешней среды.
  • Имеют высокий пусковой момент по сравнению с синхронными двигателями.
  • Асинхронный двигатель запускается самостоятельно. Следовательно, в отличие от синхронных двигателей, не требуются методы пуска.
  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не требует коммутатора, щеток и контактных колец. Это устраняет проблемы с искрообразованием и снижает общую стоимость двигателя.

 

Недостатки асинхронного двигателя

  • Асинхронные двигатели большой мощности требуют пускателя для плавной работы двигателя. Стартер снижает входной ток двигателя до безопасного значения, которое в противном случае привело бы к падению напряжения в системе.
  • Асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности в условиях небольшой нагрузки. Следовательно, требуются устройства коррекции коэффициента мощности.
  • Управление скоростью асинхронного двигателя немного сложнее. Вместо этого для широкого диапазона регулирования скорости предпочтительны двигатели постоянного тока.

 

**Чтобы узнать о различиях между асинхронным и синхронным двигателем, прочитайте эту статью: Разница между асинхронным и синхронным двигателем

**Чтобы узнать о других типах двигателей переменного тока, прочитайте эту статью: Типы двигателей переменного тока

 


Читать похожие статьи:

| Принцип работы двигателя постоянного тока, объяснение конструкции и схемы

| Принцип работы генератора постоянного тока, пояснение конструкции и схемы

Принцип работы асинхронного двигателя

| ГГц.ком

Асинхронные двигатели работают по принципу индукции тока в роторе, который должен вращаться со скоростью меньше синхронной скорости для возникновения индукции. Это называется скоростью проскальзывания, и ее не следует путать с проскальзыванием полюсов.

Почему асинхронные двигатели не имеют асинхронного хода и почему другие двигатели имеют асинхронный ход? Я попытаюсь ответить на этот вопрос для вас, но сначала давайте определим полюса и синхронную скорость в отношении работы электродвигателя.

Полюса в электродвигателе относятся к полюсам магнитной цепи и входят в наборы по два, как обычный магнит.Один на север (N), а другой на юг (S). Если двигатель имеет два полюса, он будет иметь один N-полюс и один S-полюс. Если двигатель имеет четыре полюса, он будет иметь 2 N-полюса и 2 S-полюса и так далее.

Синхронная скорость в электродвигателе — это скорость, создаваемая бегущей волной магнитного поля, когда она вращается вокруг магнитной цепи статора. Синхронная скорость двигателя равна 120*f/p, где f = частота системы в Гц, а p равно количеству полюсов асинхронного двигателя.

Все двигатели переменного тока состоят из двух основных частей: (1) обмотки статора и железного сердечника и (2) обмотки ротора и железного сердечника, которые могут свободно вращаться и соединены с валом двигателя. Для трехфазного асинхронного двигателя, когда на статор подается питание от трехфазного источника напряжения, будет создаваться магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью. Когда этот магнитный поток пересекает обмотку ротора, он индуцирует ток (согласно закону индукции Фарадея) в обмотке ротора, который создает второй магнитный поток.Эти два магнитных потока вращаются с синхронной скоростью и соединяются друг с другом, как два магнита, и, таким образом, передают крутящий момент непосредственно на вал ротора.

Теперь вот ключевая мысль, которую вы должны иметь, чтобы понять принцип работы асинхронного двигателя и почему нет асинхронного хода полюсов. Чтобы поле статора индуцировало ток в цепи ротора, ротор должен вращаться медленнее, чем синхронная скорость, чтобы выполнялся закон индукции Фарадея и поток пересекал обмотки ротора.Если бы ротор вращался с синхронной скоростью, поток статора не пересекал бы обмотки ротора, и ток в роторе не индуцировался бы, а второе магнитное поле было бы равно нулю. Следовательно, ротор должен вращаться со скоростью ниже синхронной скорости, чтобы в цепи ротора была индукция. Это называется скоростью проскальзывания, и ее не следует путать с проскальзыванием полюсов.

Другой тип двигателя (переменного тока) представляет собой синхронный двигатель, в котором на роторе имеется обмотка возбуждения с независимым возбуждением.Для работы синхронного двигателя вал ротора вращается с синхронной скоростью, и магнитное поле, создаваемое парами обмотки возбуждения, с полем статора и крутящим моментом передается на вал. В случае, когда крутящий момент на валу превышает силу магнитного поля, действующую на ротор, может произойти проскальзывание полюсов, что приводит к очень высоким величинам тока статора и крутящего момента на валу. Это состояние может привести к серьезному повреждению двигателя и срабатыванию автоматических выключателей.

Изучите. Понимать это. Задайте свои вопросы и ответьте на них, купив хорошую книгу по двигателям и изучив принципы преобразования энергии.

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя:

Принцип работы асинхронного двигателя На рис. 9.4 показан асинхронный двигатель в разрезе. Статор питается от трехфазной сети с напряжением В/фаза и частотой f Гц. Ротор намотан 3 фазами на такое же количество полюсов, как и статор, и имеет короткое замыкание. Предполагается, что сопротивление статора и реактивное сопротивление рассеяния пренебрежимо малы, так что

где

  • E 1 = ЭДС статора/фаза
  • k w1 = коэффициент обмотки статора
  • N фаза 2 (серия) = серия витков статора/фаза
  • Φ r = результирующий поток в воздушном зазоре/полюс

Это видно из уравнения.(9.1) что независимо от условий нагрузки, существующих на роторе, Φ r , поток / полюс, установленный в воздушном зазоре, является постоянным относительно приложенного напряжения с учетом сделанного предположения.

Вектор МДС F̅ r с соответствующим вектором плотности потока B̅ r , который отвечает за создание Φ r   , вращается с синхронной скоростью, поскольку он связан со сбалансированными трехфазными токами, потребляемыми статором. Относительная скорость между B̅ r и ротором вызывает индукцию схемы тока в короткозамкнутом роторе.Крутящий момент, создаваемый взаимодействием B̅ r и токов ротора, по закону Ленца будет стремиться перемещать ротор в направлении вращения B̅ r , чтобы уменьшить относительную скорость. Таким образом, двигатель самозапускается , а ротор приобретает постоянную скорость n < n с в зависимости от нагрузки на валу. Можно отметить, что при n = n s крутящий момент не создается, поскольку относительная скорость между B̅ r и ротором равна нулю, токи в роторе не индуцируются.

На рис. 9.4 показано взаимное расположение векторов F̅ r , B̅ r (ммс воздушного зазора и плотность потока), F̅ 2 (ммс ротора), где F̅ r опережает F̅ 2 по углу = δ 90°+ θ 2 (двигательное действие), θ 2   — угол, на который токи ротора отстают от ЭДС ротора. Однако угол θ 2 очень мал, поскольку реактивное сопротивление ротора намного меньше сопротивления ротора. Тогда вектор МДС статора задается как

.

находится на векторной диаграмме.В момент, когда нарисована диаграмма, токи фазы a статора и ротора (показанной как одна катушка) максимальны. Читатель может проверить расположение векторов токов фазы а, применяя правило правой руки.

Скольжение и частота токов ротора:

На рис. 9.4 легко заметить, что B̅ r движется со скоростью (n s  – n) относительно проводников ротора (в направлении B̅ r ). Это известно как скорость скольжения .Промах определяется как

Очевидно, что s = 1 при n = 0, т.е. для стационарного ротора и s = 0 при n = n s , т.е. для ротора, работающего с синхронной скоростью.

Частота токов, индуцируемых в роторе

Нормальное скольжение при полной нагрузке Принципа работы асинхронного двигателя составляет порядка 2%-8%, так что частота токов ротора составляет всего 1-4 Гц.

Пофазная ЭДС ротора при s = 1 (неподвижный ротор) определяется как

При любом скольжении s, при частоте ротора sf, ЭДС ротора изменяется на sE 2 .Рассмотрим теперь импеданс цепи ротора

где

  • X 2  = реактивное сопротивление рассеяния ротора в состоянии покоя (частота ротора = частота статора, f)

Когда ротор работает со скольжением s, его частота равна sf, его полное сопротивление изменяется на

Таким образом, видно, что частота токов ротора, его ЭДС индукции и реактивное сопротивление изменяются прямо пропорционально скольжению. На рис. 9.5 показана схема ротора при скольжении s.Фазовый угол цепи

Ротор MMF и крутящий момент Производство:

На рис. 9.4, поскольку результирующий вектор плотности потока B̅ r  вращается со скоростью (n с — n) относительно ротора, максимальная положительная ЭДС индуцируется в катушке ротора аа’ (обозначена точкой в ​​проводнике а и перекрестие в проводнике a’), когда B̅ r находится на 90° впереди оси катушки. Поскольку ток в роторе отстает от ЭДС на θ 2 , ток в катушке aa’ будет максимальным положительным, когда B̅ r сместится вперед на угол θ 2 .Именно в этот момент времени вектор МДС ротора F̅ 2 будет лежать вдоль оси катушки aa’. Таким образом, видно, что B̅ r (или F̅ r ) лежит под углом δ = (90 + θ 2 ) впереди F̅ 2 . Далее F̅ 2 , вызванная токами ротора частоты f 2 = sf, вращается относительно проводника ротора со скоростью (n s — n) и со скоростью n s . относительно статора, так как сам ротор движется в том же направлении со скоростью n относительно статора.Таким образом, F̅ r и F̅ 2 движутся с синхронной скоростью n с относительно статора и неподвижны относительно друг друга, при этом F̅ r лежит впереди F̅ 2 на угол (90° + θ 2 ). Взаимодействие поля ротора и результирующего поля создает крутящий момент в направлении вращения F̅ r .

Теперь рассмотрим случай короткозамкнутого ротора с проводниками, равномерно распределенными по периферии ротора.Реакция ротора mmf F 2 лучше видна из развернутой схемы рис. 9.6, где ротор предполагается неподвижным, а B r – волна, движущаяся относительно него со скоростью скольжения (n s — n ). Пусть реактивное сопротивление ротора считается пренебрежимо малым, так что проводниковые (закороченные) токи совпадают по фазе с проводниковой ЭДС s. Таким образом, картина тока в проводнике имеет синусоидальное распределение, находится в пространственной фазе с волной B r и движется синхронно с ней.МДС ротора представляет собой ступенчато-синусоидальную форму с тем же числом полюсов, что и синхронно движущаяся с ней волна B r . Его основная (F 2 ), показанная на рис. 9.6, отстает от волны B r на 90°. Если теперь принять во внимание реактивное сопротивление ротора, то волна тока проводника и, следовательно, МДС ротора будут отставать на угол θ 2 . Таким образом, угол между волной B r и волной F 2 будет (90° + θ 2 ), таким же, как и в фазном роторе.Таким образом, короткозамкнутый ротор индуктивно реагирует так же, как ротор с обмоткой, за исключением того, что количество фаз неочевидно — можно считать, что у него столько же фаз, сколько стержней / полюсов. Ротор с короткозамкнутым ротором всегда можно заменить эквивалентным трехфазным ротором с обмоткой.

Это видно из уравнения. (9.8) что ротор с низким реактивным сопротивлением (низкий θ 2  = tan -1  jsX 2 /R 2 ) будет генерировать больший крутящий момент для заданных Φ r , F 2 90 с.В этом отношении двигатель с короткозамкнутым ротором превосходит двигатель с фазным ротором, поскольку ротор с короткозамкнутым ротором имеет меньшее реактивное сопротивление, поскольку у него нет выступа обмотки.

Одно очень важное наблюдение, которое можно сделать в разделе «Принцип работы асинхронного двигателя», заключается в том, что, хотя токи ротора имеют частоту sf, вызванная ими МДФ (F 2 ) протекает с синхронной скоростью по отношению к статору. Другими словами, реакция токов ротора соответствует частоте статора (f) токов, протекающих по эквивалентной неподвижной цилиндрической конструкции, размещенной внутри статора вместо ротора.Или, другими словами, токи ротора, если смотреть со стороны статора, имеют частоту f, но имеют одно и то же среднеквадратичное значение.

Вектор МДС статора F̅ 1 расположен на рис. 9.4 из векторного уравнения

Далее, F̅ 1 можно разделить на компоненты как

, где F̅ 2 находится в оппозиции к F̅ 2 и равен по величине и

Ток статора, вызывающий F̅ 1 , может соответствовать векторному уравнению.(9.10), разделить на компоненты

Здесь I̅ м может быть распознан как ток намагничивания файла, который вызывает результирующую МДС F r и результирующий поток/полюс, Φ r , тогда как I′ 2 является той составляющей тока статора, которая уравновешивает реакция F 2 тока ротора I 2 .

На рис. 9.4 также показано взаимное расположение катушки статора AA’ и положительное направление тока в ней. Это мгновенное векторное изображение сохраняется, когда I 2 имеет максимальное положительное значение.Чтобы F′ 2 аннулировал F 2 , составляющая тока статора, которая уравновешивает МДС ротора, должна быть в фазе с током ротора, если смотреть со стороны статора.

По величине F′ 2 направлена ​​противоположно F 2 , чтобы они сокращались, а I′ 2 и I 2 должны подчиняться пропорциональности уравнения (9.13) и должны быть синфазны.

Далее, обратившись к рис. 9.4, легко увидеть, что в статоре положительное направление ЭДС E 1 противоположно положительному направлению I 1 , а в роторе положительное направление I 2 находится в положительном направлении SE 2 .Это аналогично корпусу трансформатора.

При направлении положительного тока в катушке статора AA’, отмеченном, как на рис. 9.4, и указанном направлении оси катушки, закон индукции, который даст положительную ЭДС против тока, равен

Этот принцип работы асинхронного двигателя имеет тот же знак, что и в случае трансформатора, так что вектор потока Φ r и ток намагничивания, который его создает, отстает от E 1  на 90°.Таким образом, в модели схемы I м будет использоваться реактивное сопротивление намагничивания X м через E 1 .

Принцип действия — Johnson Electric

Универсальные двигатели

Универсальный двигатель представляет собой однофазный серийный двигатель, который может работать как на переменном токе (ac), так и на постоянном токе (dc), и его характеристики одинаковы как для переменного, так и для постоянного тока. Обмотки возбуждения серийных двигателей соединены последовательно с обмотками якоря

.
Основные принципы Universal Motors

Областями электрической конструкции универсального двигателя являются магнитопровод, обмотки возбуждения и якоря, коллектор и щетки, изоляция и система охлаждения.


Процесс коммутации универсальных двигателей
 
Эксплуатационные характеристики универсальных двигателей

Двигатели с экранированными полюсами

Двигатель с экранированными полюсами представляет собой однофазный асинхронный двигатель переменного тока. Вспомогательная обмотка, состоящая из медного кольца, называется экранирующей катушкой. Ток в этой катушке задерживает фазу магнитного потока в той части полюса, чтобы обеспечить вращающееся магнитное поле. Направление вращения от незаштрихованной стороны к заштрихованному кольцу.


Основные принципы двигателя с экранированными полюсами
  • Эта система экранирующих катушек (кольцо) смещает оси экранированных полюсов от оси основных полюсов
  • Когда на статор подается питание, поток в основной части полюса индуцирует напряжение в экранирующей катушке, которая действует как вторичная обмотка трансформатора.
  • Так как ток во вторичной обмотке трансформатора не совпадает по фазе с током в первичной обмотке.
  • Ток в экранирующей катушке не совпадает по фазе с током в основной обмотке возбуждения.
  • Таким образом, поток затеняющего полюса не совпадает по фазе с потоком основного полюса.

 
Вращающееся поле двигателя с экранированными полюсами

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели переменного тока представляют собой электродвигатели с постоянной скоростью и работают синхронно с частотой сети. Скорость синхронного двигателя определяется количеством пар полюсов и всегда является отношением частоты сети.

  • Статор снабжен двумя простыми катушками, которые можно напрямую подключать к сети.
  • Ротор состоит из цилиндрического постоянного двухполюсного магнита, намагниченного диаметрально.

 
Основные принципы синхронных двигателей

Принцип работы асинхронного двигателя и его уравнения

Асинхронный двигатель можно просто классифицировать как однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель. Основной принцип работы асинхронного двигателя, лежащий в основе этих двигателей, одинаков. Принцип работы асинхронного двигателя также аналогичен принципу электромагнитной индукции, а асинхронный двигатель также известен как вращающийся трансформатор.

Синхронная скорость асинхронного двигателя (Нс)

Скорость вращения вращающегося магнитного поля, создаваемого статором, называется синхронной скоростью. Это зависит от частоты трехфазного питания и количества пар полюсов, для которых выполнена трехфазная обмотка статора.

Угол контакта электрических машин в пространстве воздушного зазора может быть измерен в двух единицах углов.

  1. Электрические углы: Электрические углы измеряются только для распределения потока в воздушном зазоре
  1. Механические углы: Эти углы измеряются только для двух воздушных зазоров.

Общий электрический угол – θe

Общий механический угол – θm

Количество полюсов – p

Синхронную скорость асинхронного двигателя также можно назвать вращающимся полем электромагнитного поля.

θe = p.θm

 

Скольжение асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя всегда вращается со скоростью, которая немного ниже синхронной скорости асинхронного двигателя.

Это основное требование к асинхронному двигателю для создания крутящего момента.Единичная разница между синхронной скоростью (Ns) и скоростью вращения ротора (Nr) называется скольжением асинхронного двигателя.

S =Ns- NrNs x 100%

Проскальзывание на единицу – S

Синхронная скорость – Ns

Скорость ротора – Nr

Для двигателя, который постоянно работает, должен быть крутящий момент, создаваемый на роторе. Для создания крутящего момента должен быть ток на стороне ротора.

Это означает, что в обмотке ротора индуцируется напряжение.Для возникновения наведенного напряжения на обмотке ротора должны наблюдаться скорость вращения воздушного зазора и магнитный поток. Относительная скорость трехфазного асинхронного двигателя всегда должна быть положительной (Ns-Nr>0)

Частота ротора в ЭДС индукции.

Частота ЭДС ротора зависит от скольжения двигателя и частоты напряжения питания статора. Ниже приведено уравнение для частоты ЭДС, индуцируемой ротором двигателя.

Fr = S. Fs

Fs- Частота напряжения питания статора

Fr – Частота электромагнитной силы, индуцированной ротором

S – На единицу скольжения двигателя.

 

Отношение полюсов к синхронной скорости

Синхронная скорость асинхронного двигателя прямо пропорциональна частоте и косвенно пропорциональна количеству пар полюсов. Таким образом, уравнение может быть получено следующим образом.

Ns=60fp

Ns – Синхронная скорость

F – Частота

P – Количество пар полюсов.

Если количество полюсов рассчитывается напрямую (не парами полюсов), уравнение также может быть записано как

 

 

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Производство вращающегося поля

Рассмотрим две обмотки ‘A’ и ‘B’, смещенные так, что они создают магнитное поле на расстоянии 90° друг от друга в пространстве.Результатом этих двух полей является вращающееся магнитное поле постоянной величиныϕ м . Неоднородное магнитное поле создает неравномерный крутящий момент, который делает работу двигателя шумной и влияет на пусковой крутящий момент.


Рисунок: Производство однородного магнитного поля.

Принцип запуска

Однофазный асинхронный двигатель состоит из однофазной обмотки на статоре и короткозамкнутой обмотки на роторе. Когда 1-фазный источник питания подключен к обмотке статора, создается пульсирующее магнитное поле.В пульсирующем поле ротор не вращается по инерции. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно и требует определенных пусковых средств. Были предложены две теории для определения производительности однофазного асинхронного двигателя.

  1. Двойная вращающаяся теория поля.
  2. Теория перекрестного поля.

Двойная вращающаяся теория поля

Эта теория для однофазных состояний утверждает, что стационарное пульсирующее магнитное поле можно разделить на два RMF, каждый из которых имеет одинаковую величину, но вращается в противоположном направлении.

Асинхронная машина реагирует на каждое магнитное поле отдельно, и чистый крутящий момент в двигателе равен части крутящего момента, создаваемого каждым из двух магнитных полей.

Уравнение переменного магнитного поля, ось которого неподвижна в пространстве, имеет вид:

β max – максимальное значение синусоидально распределенной плотности потока в воздушном зазоре. «B» представляет собой уравнение вращающегося поля, движущегося в положительном направлении α, а «A» представляет собой уравнение вращающегося поля, движущегося в положительном направлении.Поле, движущееся в положительном направлении α, называется полем прямого вращения, а в отрицательном направлении α называется полем обратного вращения.

Отсюда делается вывод, что стационарное пульсирующее магнитное поле может быть разрешено благодаря двум вращающимся магнитным полям одинаковой величины и движущимся с синхронной скоростью в противоположном направлении с той же частотой, что и стационарное магнитное поле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.