0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе

Асинхронный двигатель: знакомство с оборудованием

Жизнь в наше время невозможно представить без электрических двигателей. Широкое применение нашли эти агрегаты не только в промышленности, но и в быту — ведь электроприборы, которые призваны облегчить жизнь человека, в 95% случаев не обходятся без применения электродвигателей. И если даже сильно постараться, то представить себе жизнь без них вряд ли удастся.

Хотя первый опытный асинхронный двигатель был произведен Николой Тесла еще в конце 1880-х годов, в то время распространения он так и не получил ввиду слишком больших потерь электроэнергии при его работе. Да и показатели того двигателя в момент запуска были очень низкими.

Что же представляет собой асинхронный двигатель? По своей сути это устройство, преобразующее электрический ток в механическую энергию посредством магнитных полей, которые вращают ротор внутри статора. При этом частота вращения магнитных полей, которые создаются на обмотках статора, не равна тому же параметру сердечника. Именно поэтому они названы «двигатели асинхронные», т.е. «неодновременного вращения».

Что же касается видов этих агрегатов, то их различают несколько, но об этом чуть позже. Для начала имеет смысл разобрать достоинства и недостатки подобных двигателей, т.е. самого распространенного из них вида — устройства с короткозамкнутым ротором, обозначаемым как АДКЗ (асинхронный двигатель короткозамкнутого типа).

Достоинства и недостатки

В первую очередь асинхронные электродвигатели достаточно просты в части устройства и изготовления, что не может не влиять на их стоимость, ведь в частности из-за невысокой цены этот мотор завоевал большую популярность среди покупателей. Так же важную роль играет и надежность АД, и их экономичность в области эксплуатационных затрат — они практически не требуют обслуживания. Конечно, это не говорит о том, что асинхронный электродвигатель можно установить и совсем забыть о периодических ревизиях, но все же их требуется достаточно мало, схема его достаточно неприхотлива.

Ну и конечно не стоит забывать о том, что для включения в сеть, т.е. для запуска и эксплуатации, не требуется каких-либо дополнительных устройств, таких как разнообразные преобразователи и т.п.

Но, при такой простоте и невысокой стоимости, естественно, не обошлось и без недостатков, которые нельзя назвать мелкими. Из них можно выделить следующие:

  • сравнительно небольшой пусковой момент;
  • значительные пусковые токи, а значит и энергозатраты при включении;
  • довольно низкий коэффициент полезного действия;
  • необходимую точность скорости довольно тяжело отрегулировать;
  • у асинхронного двигателя, имеющего короткозамкнутый привод (при включении в трехфазную сеть 50 Гц), скорость вращения не превышает 3000 об/мин;
  • большая зависимость крутящего момента от напряжения сети. К примеру, при понижении входного тока в 2 раза, скорость крутящего момента может упасть в 4 раза.

Но все вышеперечисленное относится только к моторам, имеющим строение на основе короткозамкнутого ротора, производство двигателей которыми не ограничивается. Попробуем рассмотреть более подробно асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, а также другие типы подобных агрегатов, которые представлены на прилавках магазинов электротехники.

Ротор асинхронного двигателя, обмотка которого короткозамкнута, так же называют и «беличьим колесом» по причине того, что она похожа на цилиндрическую сетку, прутья которой замыкаются посредством двух колец с одного и другого торца.

Структура, как ротора, так и асинхронного статора является зубчатой. В АД небольших мощностей обмотка изготавливается простейшим способом — алюминиевый сплав в расплавленном состоянии заливается в углубления на роторе. Тем же способом, одновременно, заливаются и оба кольца, замыкающие «колесо», а также торцевой синхронизатор, осуществляющий вентиляционное охлаждение агрегата, т.е. с его помощью обеспечивается нормальная рабочая температура. При необходимости изготовления более мощных двигателей вместо алюминиевого сплава используют медь.

Асинхронные двигатели переменного тока с т.н. «двойной беличьей клеткой» для модернизации пусковой характеристики в настоящее время практически ушли в прошлое. Сейчас применяется схема, при которой пазы для проводников делаются глубже, причем внутренняя часть каждого из них имеет большее сечение, нежели внешняя. В результате подобной технологии изготовления ротора увеличивается пусковой момент и уменьшается ток, за счет более сильного активного сопротивления обмотки.

Области применения АДКЗ довольно обширны. К тому же, в последние годы все больше начали применяться частотные преобразователи, при помощи которых стало возможно плавное наращивание скорости, вследствие чего достигается больший пусковой момент и снижение тока, тем самым увеличивается коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Так же очень интересна схема исполнения АДКЗ, в которой используется возможность изменения числа пар обмоток статора. Принцип работы асинхронного двигателя подразумевает, что подобным действием возможно изменение скорости его вращения.

На сегодняшний день подобные конструкции двигателей, несмотря на их недостатки, являются наиболее распространенными и востребованными. А вот остальные виды асинхронных двигателей уже более узконаправленны, и их применение не так значительно.

Массивный ротор в АД

Короткозамкнутый двигатель, принцип работы которого заключается в отсутствии обмотки как таковой. Ротор здесь состоит целиком из стали и одновременно является и проводником, и магнитопроводом. Вихревые токи, инициирующиеся вращающимся магнитным полем, взаимодействуют с потоками, создаваемыми статором, посредством чего и создается крутящий момент. Попробуем разобрать, какие же плюсы и минусы имеются у этих асинхронных двигателей.

Из преимуществ можно отметить низкую стоимость и простоту изготовления, довольно высокую механическую прочность (что очень важно для агрегатов с высокими скоростями вращения), а также наличие высокого пускового момента. Но при этом есть очень существенный недостаток —довольно большие энергопотери ротора при работе.

Интересны также и некоторые особенности, которые имеют подобные асинхронные двигатели, — это пологая механическая характеристика и сильный нагрев агрегата, независимо от нагрузки, что является довольно существенным минусом по причине резкого падения коэффициента полезного действия. Получается, что основная энергия тратится на нагрев, т.е. выработку тепла.

Конечно, разрабатываются и улучшения для подобных типов двигателей, такие как омеднение роторов или добавление с торцов колец из меди, но помогает подобная модернизация незначительно.

Также сюда можно отнести и пустотелые стальные роторы, которые изготавливаются для работы с меньшим нагревом.

Фазный ротор в асинхронном двигателе

Подобное устройство асинхронного электродвигателя является более сложным, т.к. их роторы имеют трехфазную обмотку, которая соединяется в «звезду». Подобные двигатели обладают возможностью плавной регулировки скорости, причем диапазон вращения достаточно широк. Внешняя цепь соединяется с вращающимся валом посредством специальных щеток, которые могут быть графитовыми или медно-графитовыми. Обмотка ротора выполняется из меди.

Подобный асинхронный электродвигатель подходит для использования с инверторами, реостатами для изменения скорости вращения и даже может работать в качестве синхронного двигателя при подаче на него прямого напряжения.

Возможности, которые имеют асинхронные двигатели с фазным ротором, довольно широки, но сложность при их изготовлении, а также довольно высокая стоимость не дали подобным устройствам более широкого распространения.

Двигатель Шраге-Рихтера

Этот тип является трехфазным коллекторным асинхронным двигателем, при этом питание на него поступает через ротор. Таким образом, подобные агрегаты называют также обращенными.

Асинхронный электродвигатель, у которого подобная схема, уже стал историей и практического применения на сегодняшний день не имеет.

Скорость вращения в них регулировалась специальным штурвалом, который перемещал щетки, в результате чего изменялась индуктивность. Подобная система довольно экономично изменяет скорость вращения ротора, но более подробно на таких агрегатах останавливаться не стоит.

Куда интереснее понять устройство асинхронного двигателя и принцип его работы.

Устройство и принцип действия

Как уже говорилось ранее, конструкция асинхронного двигателя достаточно проста — это ротор, или вращающаяся часть, и статор — неподвижная обмотка, внутри которой и создаются электромагнитные импульсы. Снаружи статор может иметь цельную либо сваренную оболочку из чугуна, алюминия, или его сплава, которая работает как радиатор охлаждения в процессе эксплуатации.

Принцип действия АД таков: напряжение, поступая на обмотки, создает магнитное поле. И т.к. угол сдвига фаз в асинхронном двигателе составляет 120 градусов, то поле, вырабатываемое ими, является вращающимся. Оно-то и создает крутящий момент, проходя через обмотки ротора. По сути, смысл работы тот же, что и у синхронных агрегатов, но тут не требуется создания на статоре дополнительного поля в виде магнитов.

Подключение асинхронных двигателей

Разобравшись, каков же принцип действия АД, можно переходить к подключению.

Существует две разновидности подключения асинхронного двигателя к сети 380 В, хотя от этого принцип его действия не меняется. Это может быть «звезда» либо «треугольник». Сейчас имеет смысл разобрать каждый из этих видов подробнее.

Подключение «звездой» происходит следующим образом: напряжение по фазным проводам подается к началу, а каждая обмотка асинхронного двигателя концом соединена с началом следующей таким образом, что создается некое подобие треугольника.

Нулевой провод при подключении трехфазных двигателей не требуется, им вполне хватает защитного заземления корпуса.

Подключение «звездой» немного отличается от предыдущего. Здесь концы всех обмоток соединены вместе, а напряжение подается также на начало. Интересно, что при подобном подключении в месте соединения всех трех обмоток по причине разности потенциалов возникает так называемый «технический ноль». Подобное физическое явление можно наблюдать и в жилах высоковольтного провода, где ноль находится точно по центру, в то время как по проводнику течет ток высокого напряжения.

Читать еще:  Асинхронный двигатель как расщепитель фазы

Есть ли альтернатива

Уже не секрет, что устройство трехфазного асинхронного двигателя предполагает затраты большого количества электроэнергии на вырабатывание тепла, а значит и коэффициент его полезного действия достаточно низок. Но на сегодняшний день альтернативы подобным агрегатам нет, а потому продолжается их использование, как в промышленности, так и в быту.

Конечно, с появлением инверторов, КПД их значительно возрос. Сейчас двигатели инверторного типа прекрасно работают в стиральных машинах, холодильниках и прочей технике, позволяя получить максимум результата при меньшем расходе электроэнергии.

Возможно, в будущем и появится что-то новое, что сможет заменить асинхронные двигатели, но пока это остается единственным в своем роде агрегатом, без которого различные производства невозможны. Именно этим и объясняется его востребованность и распространенность.

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

Асинхронные электродвигатели: схема, принцип работы и устройство

Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают).

В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.

Устройство и принцип действия

Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.

Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.

Асинхронный двигатель

Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.

Виды асинхронных двигателей

Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:

  • 1-фазный – с короткозамкнутым ротором
  • 3-х фазный – с короткозамкнутым ротором
  • 3-х фазный – с фазным ротором

Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.

Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.

Читать еще:  Давление на крышке радиатора двигатель rf судзуки эскудо

Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?

  • Более-менее постоянная скорость вне зависимости от разных нагрузок
  • Допустимость кратковременных механических перегрузок
  • Простая конструкция, легкость пуска и автоматизации
  • Более высокие cos φ (коэффициент мощности) и КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором
  • Трудности в регулировании скорости вращения
  • Большой пусковой ток
  • Низкий мощностной коэффициент при недогрузках
  • Высокий начальный вращающий момент
  • Допустимость кратковременных механических перегрузок
  • Более-менее постоянная скорость при разных перегрузках
  • Меньший пусковой ток, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором
  • Возможность использования автоматических пусковых устройств
  • Большие габариты
  • Коэффициент мощности и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Какой двигатель лучше выбрать?

Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя. В пользу асинхронных моделей говорят их следующие преимущества.

  • Относительно небольшая стоимость
  • Низкие эксплуатационные затраты
  • Отсутствие необходимости в преобразователях при включении в сеть (только для нагрузок, не нуждающихся в регулировании скорости)
  • Отсутствие потребности в дополнительном источнике питания – в отличие от синхронных аналогов

Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:

  • Малый пусковой момент
  • Высокий пусковой ток
  • Отсутствие возможности регулировки скорости при подключении к сети
  • Ограничение максимальной скорости частотой сети
  • Высокая зависимость электромагнитного момента от напряжения питающей сети
  • Низкий мощностной коэффициент – в отличие от синхронных агрегатов

Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.

Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:

  • Высокий пусковой ток
  • Слабый пусковой момент
  • Рассинхрон между механическим моментом на валу привода и механической нагрузкой (это провоцирует высокий рост силы тока и избыточные нагрузки при запуске, а также снижение КПД при пониженной нагрузке)
  • Невозможность точной регулировки скорости работы прибора

Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:

  • степень загрузки двигателя по отношению к номинальной
  • конструкция и модель
  • степень износа
  • отклонение напряжения в сети от номинального.

Как избежать снижения КПД?

  • Обеспечение стабильного уровня загрузки – не ниже 75%
  • Увеличение мощностного коэффициента
  • Регулировать напряжение и частоту подаваемого тока

Для этого используются:

  • Частотные преобразователи – они плавно изменяют скорость вращения двигателя путем изменения частоты питающего напряжения
  • Устройства плавного пуска – они ограничивают скорость нарастания пускового тока и его предельное значение, как одни из факторов, из-за которых падает КПД

Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.

Конструкционные отличия синхронного и асинхронного двигателя

Всем известно, что основное предназначение электродвигателей – это преобразование электрической энергии в энергию механическую. Это обнаружил аж в 1821 году Майкл Фарадей, который проводил опыты с магнитами и магнитным полем. С тех пор прошло много времени, а электрические моторы заняли свое основное место в промышленности и быту. Без них сегодня никуда. В настоящее время производители электродвигателей предлагают большое количество моделей, различающихся по конструкции и принципу действия. Это двигатели постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные. Нас сегодня интересует именно синхронный и асинхронный двигатель – отличия.

Чтобы разобраться в отличиях, необходимо рассмотреть конструктивные особенности каждого типа моторов и понять принцип их работы.

Асинхронный электродвигатель

Итак, надо начать с рассмотрения конструкции асинхронной модели. Основное отличие от синхронной – это наличие трех обмоток в статоре, концы которых выводятся для подключения в клеммную коробку. Вторая основная часть мотора – ротор цельного типа, торцы которого замыкаются между собой, отсюда, в принципе, и название – короткозамкнутый.

Дополнением конструкции является крыльчатка, с помощью которой охлаждается двигатель. Устанавливается крыльчатка на вал (ротор) электрического мотора. Сам ротор держится и вращается в подшипниках, установленных в двух крышках корпуса. Обратите внимание, что именно подшипники и являются самым уязвимым местом агрегата. Именно они чаще всего выходят из строя. Правда, заменить их не очень сложно.

Принцип работы

По какому принципу работает асинхронный двигатель? Внутри корпуса мотора, где расположены обмотки статора, возникает магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться под действием возникшей электродвижущей силы. Но вращение ротора может быть только в том случае, если скорость вращения магнитного поля будет быстрее вращения самого вала двигателя. Если скорости будут одинаковыми, то электродвижущая сила не появится.

Но в любом случае этого произойти не может, потому что здесь несколько причин, сдерживающих скорость вращения ротора.

  • Трение в подшипниках.
  • Нагрузка на сам вал.

Но самое главное, что магнитные полюса в асинхронном двигателе постоянно меняются, что влияет на смену направлений тока в статоре электродвигателя. То есть, в определенное время ток начинает вращаться «на нас», а в следующий промежуток «от нас». Именно поэтому такие двигатели называются асинхронными, у них просто нет стабильного направления тока.

Что касается скорости вращения ротора, то тут необходимо сделать одно замечание. Этот показатель будет зависеть от того, сколько полюсов одномоментно подключено к питанию. К примеру, максимальная скорость вращения вала будет при двух подключенных полюсах. Чтобы снизить данный показатель, необходимо добавить еще два полюса, то есть, увеличить их вдвое.

И еще один недостаток. Асинхронные двигатели при работе обладают разной скоростью вращения вала. К примеру, на холостом ходу это может быть одна величина, при нагрузке она резко снижается. По сути, получается так, что изменение частоты тока влияет на скорость вала. Другого способа изменить скорость вращения не существует.

Синхронный электродвигатель

Итак, синхронный электродвигатель – это мотор с постоянной скоростью вращения ротора, плюс возможность регулировать эту скорость. Устройство синхронного мотора достаточно сложное. Чтобы в нем разобраться, необходимо рассмотреть фотографию ниже.

Здесь четко показано, что обмотки двигателя располагаются на якоре или роторе агрегата. Концы обмоток выведены и закреплены на токосъемное кольцо, а, точнее, к его секторам. Сам же ток подается на это же кольцо только через графитовые щетки, которые подключены к питающей сети.

Внимание! Концы обмоток подключаются таким образом, что при работе мотора через щетки электрический ток попадал всегда только на одну пару.

У двигателя этой модели больше уязвимых мест, чем у асинхронной.

  • Снашиваются графитные щетки.
  • Плохой контакт между токосъемным кольцом и щетками за счет ослабления пружины, которая прижимает последние к кольцу (коллектору).
  • Изнашиваются подшипники.
  • Образование грязевого налета на поверхности токосъемного кольца.

Теперь переходим к другой позиции – принцип работы синхронного электродвигателя. Вращающийся момент внутри мотора образуется за счет взаимодействия магнитного поля, которое образуется в обмотках возбуждения, и тока, проходящего по якорю агрегата. Но тут есть один момент – изменяющееся направление тока (переменного) будет менять и направление вращения магнитного поля двигателя. Правда, смена вращения будет меняться и в корпусе аппарата, и на якоре одновременно. Вот почему вращение ротора мотора всегда происходит с одинаковой скоростью.

Именно поэтому изменить эту величину можно лишь тем, если изменить напряжение подаваемой на щетки электроэнергии. Вспомните пылесосы, где всасываемую мощность изменяют переключателем, который просто соединен с реостатом. А мощность пылесоса зависит от скорости вращения вала крыльчатки, то есть вала электродвигателя. Чем больше скорость, тем больше мощность всасывания.

Но синхронные электродвигатели в промышленности своего основного места не нашли. Здесь в основном используются асинхронные модели.

Какой лучше

Итак, в статье были разобраны устройство и принцип действия двух видов электродвигателей. Говорить о том, что какой-то из них лучше, нельзя. Но отметим, что асинхронные модели проще в конструктивном аспекте. Они надежнее в эксплуатации. Если их не перегружать, то срок службы может быть очень длительным. К сожалению, синхронные виды этим похвастаться не могут. Графитовые щетки быстро изнашиваются, им требуется замена. Но если не уследить, и графит сотрется полностью, то металлические держатели щеток начнут истирать токосъемное кольцо. А его выход из строя – это не только полный выход из строя двигателя, это большое количество искр (трение металла о металл) и возможность появления более серьезных неприятностей.

Асинхронный электродвигатель

Англоязычный справочник называет асинхронный электродвигатель индукционным. Сразу точки встают над i. Интернет забит вопросами отличий данного типа машин, нюансы коллекторных, синхронных движков, на деле выходит просто. Единственный вид двигателей, создающий полюсы явлением индукции. Прочие конструкции применяют постоянные магниты, катушки, питаемые током… Только в индукционных (асинхронных) двигателях используются наводки, создающие движущую силу. Фактор определяет особенность – отличие скорости вращения вала от частоты поля.

Читать еще:  Шумно работает двигатель холостом ходу

Устройство асинхронного двигателя

Статор асинхронного двигателя

Начнем простейшим распространенным вариантом: питание переменным током подается на обмотки статора. Посмотрите фото: типичный образчик статора. Вынув ротор, нельзя сказать, какому типу двигателей принадлежит сердечник, увитый медью. Получили главный вывод: статор не определяет методику формирования движущей силы. Скорее выступает опорой, относительно которой действует статор.

Видим составной сердечник, содержащий две катушки. Направление намотки создает два явных полюса. Нельзя назвать сгущения напряженности поля северным или южным, поскольку направление линий постоянно меняется (с удвоенной частотой сети 100 Гц). Сборка ведется следующим образом:

  1. Катушки мотают отдельно. Конструкторы знают, сколько витков нужно, каким проводом вести.
  2. Полученный моток надевают аккуратно на распорки магнитопровода (традиционной формы буквы Т). Для изоляции прокладывают слой винила, другого полимера.
  3. Затем концы обмоток чуть пригибают к периферии, витки плотно упираются в основание буквы Т.
  4. В нашем случае сердечник составной, внутренняя часть катушками вставлена во внешнее кольцо. Но чаще конструкция попроще.

Сердечник собирается из пластин, изолированных друг от друга при помощи лака. Идет работа асинхронного электродвигателя на 230 вольт, переменное поле наводит вихревые токи, вызывая эффект перемагничивания. Чтобы снизить потери, сердечник разбивается на пластины. Специальная сталь, легированная добавками кремния обеспечивает низкий коэффициент электропроводности.

Статор электрического двигателя

В бытовых асинхронных электродвигателях полюсов статора два. Встречаются исключения из правила. На другом снимке видим статор асинхронного двигателя напольного вентилятора с тремя скоростями. Полюсов восемь, чтобы запитать такую кучу железа, понадобился конденсатор. Сдвигает фазу напряжения на минус 90 градусов относительно тока. Становится возможным создать переменное вращающееся поле внутри статора. Данный тип асинхронных двигателей называется конденсаторным.

Первым две фазы использовать предложил Никола Тесла.

Схема выглядит следующим образом:

  1. Четыре обмотки, лежащие в вершинах креста запитываются сетью 230 вольт. Две – противолежащие – имеют один знак полюса, прочие – другой. Получается, поле вращается с половинной скоростью сети (25 Гц). Этого хватает исправной работе вентилятора.
  2. Плавный пуск асинхронного электродвигателя и работы возможны только в условиях, когда поле сглажено. Для этих целей применяются четыре обмотки, лежащие по диагоналям. Здесь напряжение сдвинуто на 90 градусов. Использованием вспомогательных катушек технические характеристики улучшаются.

Как подстраиваются обороты? Регуляторы скорости асинхронного электродвигателя коммутируют обмотку. Клавиатура управления устроена в каждый момент времени допускать нажатие одной кнопки, либо никакой. Восемь обмоток имеют пару отводов. Статором производится нужная коммутация, некоторые ветви запитываются конденсатором. Нажатие каждой кнопки включает в работу часть обмотки. Полностью статор работает на высшей скорости.

Принцип работы схемы

Примерная схема, демонстрирующая принцип работы, иллюстрируется фото. Скорость вращения задается коммутацией обмоток кнопками 1, 2, 3. Необходимость защиты от одновременного включения диктуется требованиями к нормальной работе устройства. В результате реализуется простейшими методами управление по скорости.

Сердечник магнитопровода составлен листами электротехнической стали, снижающей потерь на нагрев. Температура может достигать значительных размеров, поэтому ротор асинхронного двигателя вентилятора снабжается лопастями (см. фото). Любой вентилятор реально может только разогревать воздух, никак не наоборот.

Роторы асинхронных двигателей

Ротор асинхронного двигателя

В данном случае двигатель обеспечит долговременную работу. Поэтому ротор снабжен лопастями тангенциального вентилятора. Помогает охладить конструкцию жаркими летними ночами. Хозяин может спокойно спать, игнорируя возможность пожара. Любой хороший прибор работает аналогичным образом (себя охлаждает). В данном случае двигатель сконструирован по схеме с короткозамкнутым ротором. На валу сидит барабан, где в силумин утоплены медные жилы. Закорочены друг на друга кольцевым соединителем. Подобное техническое решение в литературе традиционно называется беличьей клеткой (колесом) в силу очевидных причин.

Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель является доминирующим в быту. Поля в проводниках наводятся статором, затем происходит сцепление через эфир, вал набирает обороты. Никогда не догонит частоту сети. Потому что индукционные токи обращаются в нуль, сцепление нарушается. Вал тормозит, снова подхватывается полем. Подобным образом действуют однофазные асинхронные электродвигатели, любые другие. В сущности, нет разницы, при помощи чего создается переменное поле.

Выделяют ещё одно большое семейство. Устройство асинхронного электродвигателя принципиально иное. Ротор снабжен обмотками, как коллекторный мотор. Обычно трехфазные. Это позволит навести гораздо более сильные поля, возникает крупная проблема: сложно стронуть с места вал. Огромная напряженность поля образует невероятной силы сцепление, за счет чего имеется возможность выхода оборудования из строя. Кроме того вал вообще так не раскрутится.

Вот поэтому для уменьшения силы наведенных токов (напряженности поля) в цепи всех фаз ротора врубается реостат. Активное сопротивление мешает ЭДС развить мощность на валу: некоторая доля рассеивается джоулевым теплом, формируемым активным сопротивлением. Стартовый момент асинхронного двигателя с фазным ротором достаточно велик, срыва оборотов не происходит. Понятно, что значение сопротивлений реостата для каждой конструкции свое. Определяют цифру ротор асинхронного электродвигателя, заданные характеристики, стартовая нагрузка.

Обратите внимание, что во всех случаях с асинхронными двигателями наблюдаем большие потери. Особенно хорошо видно на примере реостата. Мощность асинхронного электродвигателя напрямую тратится на рассеиваемое тепло. Главным достоинство рассматриваемого класса приборов все-таки считаются простота конструкции и обслуживания. В противном случае любые типы асинхронных электродвигателей заброшены бы были на помойку истории.

Как работает асинхронный двигатель

Статор создает вращающееся магнитное поле. Направление линий напряженности определяется правилом буравчика (правой руки). Поэтому статор пока отложим в сторону, попробуем понять, что параллельно происходит на роторе. Начнем беличьей клеткой.

Внутри статора находится поле, линии напряженности которого в первом приближении направлены к центру, где находится вал. Пересекают проводник беличьей клетки под углом близким 90 градусам. По правилу правой руки переменное поле индуцирует ЭДС, порождающую ток. В результате возникает ответ.

Любая пара проводников беличьей клетки обращается в рамку. Вокруг вращается поле статора. По правилу руки возникает ответное поле, направленное противоположно исходному:

  1. Ротор движется медленнее статора. Пусть вращение описывает часовую стрелку.
  2. В какой-то момент северный полюс начинает догонять один из проводников беличьей клетки.
  3. Ток направлен так, что круговые линии напряженности ответного магнитного поля идут навстречу полюсу.
  4. Получается, впереди по курсу полюс наталкивается на одноименный знак заряда, начинает толкать его. Позади образуется «юг», старающийся бежать вслед полю.

Простое краткое объяснение того, почему беличья клетка, в конце концов, начинает вращаться. Ротор не должен быть слишком тяжелым, сцепление полей не очень сильное. Это объясняет низкое тяговое усилие, развиваемое асинхронным двигателем на старте. Пусковой ток высок, поскольку ничто не препятствует генерации поля внутри статора. Обратите внимание: в роторе однофазного асинхронного двигателя, показанного на фото в начале статьи, проводники беличьей клетки чуть наклонены к оси барабана. Помогает создать более равномерный магнитный полюс, компенсируя недостатки (в первую очередь неравномерность) вращения поля статора.

Фазный ротор состоит из обмоток, нормаль которых направлена примерно на центр двигателя (вал). Можно каждую представить гипертрофированной ячейкой беличьей клетки. Витков много (в дрелях, к примеру, порядка 40), сила поля намного выше. За счет резкого скачка на старте потребляемая энергия стала бы слишком большой. Уровень ЭДС значителен (определен скоростью изменения магнитного потока). Цепь ротора дополняется реостатом, пытаются компенсировать недостаток. Активное сопротивление понижает ток, закономерно снижая ответное поле, генерируемое проводниками.

Фазный ротор может улучшить характеристики асинхронных электродвигателей, два-три проводника (грубо говоря) дают большее тяговое усилие. К минусам технического решения относят наличие токосъемников, щеточного аппарата. Для снижения износа в некоторых асинхронных двигателях после набора оборотов ротор закорачивается специальным механизмом. Намного продляется жизнь оборудования.

Не видим причин рассматривать подробнее фазный ротор, лучшей иллюстрацией послужит усиленная беличья клетка. Представьте себе: вместо одной стало сорок штук! Количество (от 40 и вниз) регулируется сопротивлением реостата.

Как задать обороты асинхронного двигателя

Любой, в том числе асинхронный трехфазный, электродвигатель неспособен развить обороты близкие частоте поля. Количество полюсов стремятся снизить. Но даже в этом случае редко удается достичь желанных 3000 об/мин (50 Гц х 60 сек). В принципе невозможно. Увеличение количества полюсов статора практикуется для понижения оборотов, как показано выше на примере напольного вентилятора.

Чаще практикуется подключение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором на трехфазный регулятор амплитуды. Методика позволит максимально просто добиться результата. Токи асинхронных электродвигателей велики на старте, “благодаря” потерям сердечника ротора (с ростом оборотов снижаются). Нельзя сказать, что ремонт своими руками статоров относится к категории простых, но намного лучше, нежели перематывать ротор коллектора. Простотой конструкции объясняется любовь промышленности к этому роду устройств.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector