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

Энергетические характеристики асинхронных двигателей

Самые эффективные асинхронные двигатели

Приветствую Вас, друзья!
Расскажу Вам сегодня об одной из самых интересных и перспективных отечественных разработок (проектов или как нонче модно говорить – стартапов). Моё знакомство с данной разработкой началось полгода назад, и я долго не решался поделиться с Вами информацией, т.к. прежде надо было самому во всём разобраться, проконсультироваться со специалистами, поездить на встречи с авторами и партнерами проекта … Думаю, теперь точно настало время.
Эти разработки касаются далеко не только будущего авто-мото-вело-фото, но и любой техники, работа которой связана с применением электродвигателей. Стоит только посмотреть вокруг и приглядеться даже к привычным нам бытовым приборам: стиральным машинкам, холодильникам, микроволновкам, кондиционерам, электроинструменту, электробритвам … даже мобильным телефонам, список устройств, использующих в своем составе электродвигатели, бесконечен.

Что же сотворили наши соотечественники в этой сфере, что позволит вывести отрасль на новый уровень?
Инженерно-конструкторское предприятие «АС и ПП» во главе с идейным вдохновителем Дмитрием Александровичем Дуюновым существует достаточно давно. И начиналась история предприятия с работы над многофункциональным плазменным аппаратом «Горынычъ», расширяясь и наполняясь новыми изобретениями.

Но основная речь сегодня о технологии совмещенных обмоток асинхронных электродвигателей, разработка которой началась в 1995 году.
Кратко смысл технологии в следующем.
До сих пор в мире используются 2 схемы (формы) соединения фазных обмоток статора асинхронного двигателя – так называемые «треугольник» и «звезда».
При подключении обмоток по схеме «звезда» их концы соединяются в одной точке в нулевом узле. Поэтому получается еще один дополнительный нулевой вывод. Другие концы обмоток соединяются с фазами сети 380 В.

Соединение «треугольником» заключается в последовательном соединении обмоток. Конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки и так далее. В конечном итоге, конец третьей обмотки, соединится с началом первой обмотки. Подача трехфазного напряжения осуществляется в каждый узел соединения. Подключение по схеме «треугольник» отличается отсутствием нулевого провода.

Подключение обмоток статора «звездой» гарантирует плавный, безопасный пуск агрегата, но на начальном этапе наблюдается значительная потеря мощности (крутящего момента).
Подключение «треугольником» дает в 3 раза большую выходную мощность (до 70% от номинальной), но в этом случае существенно возрастают пусковые токи, что может спровоцировать поломку электродвигателя и резкое снижение напряжения питающей сети.
Поэтому часто используют комбинированное соединение «звезда/треугольник», когда в момент пуска обмотки подключены «звездой», а затем в автоматическом режиме с помощью реле времени происходит переключение на схему «треугольник». Однако при этом существенно снижается стартовый момент вращения, а в момент переключения с одной схемы на другую возникают сильные скачки тока, которые приводят к тому, что скорость вращения ротора резко снижается и только со временем постепенно входит в норму. Кроме того, в числе проблем большинства стандартных асинхронных электродвигателей — сильная вибрация, высокое потребление электроэнергии, сильный нагрев, высокий уровень шума.
Применительно же к мотор-колесам и новым промышленным энергоэффективным моторам, в том числе и в связи с программами по энергоэффективности (EEffG), требуется применение в них постоянных магнитов (двигатели BLDC). Для изготовления эффективных постоянных магнитов используются редкоземельные металлы. Спрос на них постоянно растет и к 2020 г. ожидается его удвоение. При этом 95 % редкоземельных металлов добывается в Китае, к тому же темпы добычи снижаются в связи с сильным загрязнением окружающей среды от такой добычи (закрываются целые месторождения). Образовалась огромная экономическая зависимость производителей электромоторов всего Мира от Китая и сильное ценовое давление.
Разработка российских специалистов — обмотка “Славянка” — помогает справиться со всеми перечисленными проблемами.
Суть технологии совмещенных обмоток (Славянка) — использование дополнительных обмоток статора. Реализован простой и гениальный принцип комбинированного или совместного воздействия. Используются два набора взаимозависимых совмещенных обмоток, один из которых собран в «звезду», второй в «треугольник».

Т.е. в отличие от стандартного трёхфазного электродвигателя помимо трёх основных обмоток используются ещё три дополнительных — совмещенных — расположенных определенным геометрическим образом и также специальным образом соединенных между собой. Теоретически это 6-фазный электродвигатель, подключенный к трёхфазной сети. Данная технология запатентована и имеет множество вариаций исполнения конечного продукта.
Преимущества технологии
Благодаря совмещённым обмоткам параметры двигателей значительно улучшаются, в частности повышается энергоэффективность. При этом уменьшается применение дорогостоящих электротехнических материалов. Уменьшение потерь в стали позволяет уменьшить размер двигателя с повышением его эффективности.

Дуюнов, благодаря применению «Славянки» и отсутствию в её структуре магнитов, решил проблему износа обычных асинхронных двигателей, происходящую из-за трения проводов при вибрациях, возникающих за счет увеличения электро-магнитной силы. Кроме того, в качестве эксперимента была успешно протестирована технология покрытия провода обмотки — серебром, что позволило снизить показатели электропотребления и нагрева двигателя. Основным источником обмотки, по-прежнему, служит обычный медный провод, используемый повсеместно в производстве электромоторов.
Запатентовав свои изобретения, Дмитрий Александрович ставит цель — наладить промышленное производство как мотор-колес, так и передовых асинхронных двигателей, область реализации которых практически не имеет границ, а конечные товары будут доступны каждому потребителю.
Сейчас разработано более 200 различных схем для разных габаритов электродвигателей. Применение модифицированных асинхронных двигателей позволяет уже сейчас выходить на рынки сбыта в различных сферах их применения.
Проследим кратко этапы развития технологии.

К Вашему вниманию несколько интересных коротких роликов:
Ролик на телеканале Россия 24

Ролик на телеканале Автовести

Ролик о том, насколько «Славянка» отличается от классической обмотки

Ролик на телеканале НТВ

Модернизированный по технологии Дуюнова скутер тянет Ниву

Известный актер, музыкант, журналист, мастер спорта России международного класса по автоспорту, а также президент компании Marussia Motors, которая, в свое время, занималась разработкой гоночных болидов отечественного производства, неспроста стал гостем Дуюнова.
Николай рассказал, что в планах у Marussia Motors создать на базе спорткара компании электромобиль с мотор-колесом. А компанию Дуюнова Фоменко считает наиболее перспективной на сегодняшний день из всех представленных в мире для сотрудничества в этой области.

Ролик про Citroën «Утка»

Ролик об электромобиле Zetta — El Panda на мотор колесах Дуюнова

Zetta — El Panda представили Путину

Инженеры команды Дуюнова применили технологию к двигателю ручного электроинструмента. Выбор пал на углошлифовальную машинку, которая, после перемотки её двигателя по технологии Дуюнова, получила улучшенные характеристики. Повысилась выносливость инструмента, сам двигатель стал меньше, а его себестоимость существенно снизилась.

Обобщающий ролик об особенностях и преимуществах технологии

В работу над проектом вовлечены сотни людей, проведены тысячи испытаний. Появилось множество энтузиастов – от желающих развивать проект, до желающих приобрести конечный продукт.
Основной движущей силой для развития технологии и вывода её на мировой рынок, безусловно, являются финансы, достаточные для закупки необходимого оборудования и оснастки, создания необходимого объема производства и вовлечения специалистов. Именно для привлечения инвестиций в развитие технологии Дуюнова был организован проект народного инвестирования (т.н. краудинвестинг).
Проект организован на базе следующих компаний:
1) ООО «АС и ПП» — инженерно-конструкторское предприятие с многолетним практическим опытом, откуда вышли разработки плазмореза, мотор-колеса, обмотки «Славянки» и других. В числе учредителей компании — Дуюнов Д.А.
2) группа компаний «СоларГрупп» — краудинвестинговая площадка, союз инициативных людей, работающих на объедение частных инвесторов из разных стран.
3) ООО «СовЭлМаш» — «завод по производству заводов» или компания, готовящая решения для производства инновационных электродвигателей. В числе учредителей — Дуюнов Д.А.
Схема взаимодействия этих трех составляющих такова: «АС и ПП» реализует технологию, «СоларГрупп» организует сбор инвестиций, СовЭлМаш внедряет инновацию в производство.
Цель проекта — взаимовыгодное сотрудничество компании и инвесторов для вывода технологии на мировой рынок и запуска серийного производства востребованного продукта. Технология получит массовое применение, а инвесторы — доход от совладения эффективным бизнесом.
На сегодняшний день:
— получено более 40 патентов на разработанную технологию (принцип построения обмоток и базовые схемы),
получен также патент на промышленный образец мотор-колеса для инвалидной коляски;
— арендованы новые помещения под лабораторию, механический и опытный участок;
— близятся к завершению ремонтные работы в новых помещениях;
— установлено самое современное стендовое оборудование, с помощью которого будут проводиться испытания в интересах сертификации будущих моторов и сравнения двигателей Дуюнова с моделями, присутствующими на мировом рынке.
Благодаря обустройству опытного производства, уже в этом году планируется сделать первую установочную партию «Мотор-колес Дуюнова».
Уже сейчас сделаны первые шаги к началу мелкосерийного производства. А главная цель проекта – строительство завода и конструкторского бюро. По текущему плану будущее предприятие будет размещаться в Подмосковье, в особой экономической зоне Алабушево. С администрацией ОЭЗ согласован участок № 16 для размещения «СовЭлМаш» (на картинке — план зоны).

Читать еще:  Ваз 21099 как поднять двигатель

На данный момент проектирование производства завершено, и вся документация передана потенциальному исполнителю, который будет заниматься строительными работами. Уже в апреле-мае планируется начало строительства завода. Проект успешно движется к своей цели большими и уверенными шагами, и если Вы еще не шагаете вместе с нами, сейчас самое подходящее время присоединиться!
Безусловным преимуществом для инвесторов является возможность принять участие в проекте на начальном этапе, что позволит получить бОльшую прибыль.
На сегодняшний день акции продаются буквально за копейки, однако по реализации проекта их стоимость вырастет в сотни-тысячи раз.
1-го апреля завершается 3-й этап народного финансирования. С каждым последующим этапом развития проекта цена акций увеличивается.
Так что есть над чем подумать и к чему стремиться. Проект отечественный, основанный на реальной технологии и реальных инновационных продуктах, а не на мыльно-пузырных пирамидах. Можно всю жизнь только мечтать, а можно сделать своё будущее и будущее своих детей обеспеченным.
Этим постом я донес до вас только часть информации о данном проекте.
Для получения полной картины и возможности быть постоянно в курсе всех событий развития проекта, доступа к регулярно проводимым вебинарам, живым встречам и конференциям, возможности посещения предприятий проекта, знакомства с авторами технологии и другими участниками, а также рядом продуктов компании необходимо зарегистрироваться в проекте, где будет предоставлен личный кабинет. Регистрация в проекте не накладывает обязательств по инвестированию.
Ссылка на форму регистрации.
Ссылка на официальный сайт проекта.

Умышленно закрываю доступ к комментированию, дабы не навлекать возможный негатив со стороны скептиков, пессимистов и прочих злобных троллей. Желающие задать конкретные вопросы обращайтесь в личку.

Репост категорически приветствуется!
Всем мир!

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

Базовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

Читать еще:  Что такое ходовой двигатель

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Число полюсов, N

Скорость, об/мин

Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт

Механические характеристики. Энергетические режимы электропривода переменного тока

Для получения механической характеристики ещё более упростим модель — вынесем контур намагничивания на зажимы — рис. 4,а, как это часто делается в курсе электрических машин.

Рис. 4. Упрощенная схема замещения (а) и характеристики асинхронной машины (б)

,

где I 2а — активная составляющая тока ротора,

y 2 — угол между и ,

качественное представление о механической характеристике М(s) можно получить, проследив зависимость каждого из трех сомножителей от s .

Магнитный поток Ф в первом приближении в соответствии с (4) не зависит от s — рис. 4,б. Ток ротора (8) равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к при s ® ± Ґ — рис. 4,б. Последний сомножитель легко определить по схеме замещения:

;

cosy 2 близок к ± 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при s ® ± Ґ . Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 (w = w 0 — идеальный холостой ход), достигает положительного М к+ и отрицательного М к- максимумов — критических значений при некоторых критических значениях скольжения , а затем при s ® ± Ґ стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в R 1 , примерно равна электромагнитной мощности:

,

а мощность на валу определяется как

.

Потери в роторной цепи составят

(9)

или при выражении их через электрические величины

,

.

Подставив в последнее выражение I 2ў из (8) и найдя экстремум функции М=f(s) и соответствующие ему М к и s к , будем иметь:

(10)

; (11)

. (12)

На практике иногда полагают, что а = 0, т.е. пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора. Это обычно не приводит к существенным погрешностям при Р н > 5 кВт, однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях. При а = 0 выражения (10) — (12) имеют вид:

; (10,a)

; (11,a)

, (12,а)

где Х к = Х 1 +Х 2 ’ — индуктивное сопротивление рассеяния машины.

В уравнении (10,а) при s к можно пренебречь первым членом в знаменателе и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

. (13)

Как следует из рис. 4,б и выражений (10) и (10,а), жесткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна, на рабочем участке , а при Ѕ sЅ > Ѕ s крЅ — положительна.

Асинхронный электропривод как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока распределением потоков энергии — рис. 5.

Рис. 5. Энергетические режимы асинхронного электропривода

Рекуперативное торможение (р.т.) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью w > w 0 . Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью w уменьшить скорость вращения поля w 0 . Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора — рис. 6. При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Рис. 6. Реверс асинхронного двигателя

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток I п . Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.

Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно скольжение записывается как

и справедливы соотношения для механической характеристики аналогичные (10,а) — (12,а):

, (14)

, (15)

где при соединении обмоток статора в звезду

и при соединении обмоток статора в треугольник;

(16)

Так как при ненасыщенной машине , критическое скольжение в режиме динамического торможения s к.т существенно меньше s к .

Асинхронный электродвигатель: устройство, принцип работы, виды

Одним из наиболее распространенных типов электрических машин в мире является асинхронный электродвигатель. За счет высокой надежности и неприхотливости в работе такие агрегаты получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, они помогают решать бытовые и общепроизводственные задачи любой сложности. Поэтому в данной статье мы детально рассмотрим особенности асинхронных двигателей.

Устройство

Конструктивно простейшая асинхронная машина представляет собой рамку, вращающуюся в переменном магнитном поле. Однако на практике данная модель носит скорее ознакомительный характер и практического применения в промышленности не имеет. Поэтому на рисунке 1 ниже мы рассмотрим устройство действующей модели асинхронного электродвигателя.

Рис. 1. Устройство асинхронного электродвигателя

Весь двигатель располагается в корпусе станины 7, ее основная задача состоит в обеспечении достаточной механической прочности, способной выдерживать достаточные усилия. Поэтому чем выше мощность агрегата, тем большей прочностью должна обладать станина и корпус.

Внутрь корпуса устанавливается сердечник статора 3, выступающий в роли магнитного проводника для силовых линий рабочего поля. С целью уменьшения потерь в стали магнитопровод выполняется наборным из шихтованных листов, однако в ряде моделей применяется и монолитный вариант.

В пазы сердечника статора укладывается обмотка 2, предназначенная для пропуска электрического тока и формирования ЭДС. Число обмоток будет зависеть от количества пар полюсов на каждую фазу. Также в части уложенных обмоток электродвигатели подразделяются на:

  • трехфазные;
  • двухфазные;
  • однофазные.

Внутри статора располагается подвижный элемент – ротор 6. По конструкции ротор может быть короткозамкнутым или фазным, на рисунке приведен первый вариант. В состав ротора входит сердечник 5, также набранный из шихтованной стали и беличья клетка 4. Вся конструкция насажена на металлический вал 1, передающий вращение и механическое усилие.

Принцип работы

Заключается в формировании электромагнитного поля вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Для асинхронного электродвигателя данный процесс начинается сразу после подачи напряжения на обмотки статора, после чего в роторе наводится ЭДС взаимоиндукции, индуцирующей вихревые токи в металлическом каркасе. Наличие вихревых токов обуславливает генерацию собственной ЭДС, которая формирует электромагнитное поле ротора. Наиболее эффективный КПД асинхронной электрической машины получается при работе от трехфазной сети.

Читать еще:  Faw 1041 двигатель схема

Конструктивно обмотки статора имеют смещение в пространстве друг относительно друга на 120°, что показано на рисунке 2 ниже:

Рис. 2. Геометрическое смещение фаз в статоре

Такой прием позволяет отстроить магнитное поле рабочих обмоток в строгом соответствии с напряжением трехфазной сети, которое имеет аналогичную разность кривых электрической величины.

Рис. 3. Принцип формирования магнитного потока асинхронного двигателя

На рисунке 3 выше все три фазы изображены в разных цветах для упрощения понимания процесса, также здесь изображена кривая токов, протекающих в фазах асинхронного электродвигателя. Теперь рассмотрим физические процессы в обмотках двигателя для трех позиций показанных на рисунке:

  • I – в этой позиции максимальный ток протекает в красной обмотке электродвигателя, а значение силы тока в желтой и синей равны. Основной поток силовых линий формируется красной фазой, а два других дополняют его.
  • II – в данной точке желтая синусоида равна нулю, поэтому никакого потока не создает, а сила тока красной и синей равны. Поток формируется сразу двумя фазами и смещается по часовой стрелке вправо, совершая поворот.
  • III – третья точка характеризуется максимумом токовой нагрузки для синей кривой, а красная и желтая имеет равную амплитуду, но противоположную по направлению. В результате чего максимум магнитных линий южного и северного полюса сместиться еще на 30°.

По данному принципу магнитное поле статора вращается в асинхронной электрической машине в течении периода. За счет магнитного взаимодействия с полем статора асинхронного электродвигателя происходит поступательное движение ротора вокруг своей оси. Можно сказать, что ротор пытается догнать поле статора. Именно за счет разницы во вращении полей данный тип электрической машины получил название асинхронной.

Отличие от синхронного двигателя

Наряду с простыми асинхронными электрическими машинами в промышленности также используются и синхронные агрегаты. Основным отличием синхронного двигателя является наличие вспомогательной обмотки на роторе, предназначенной для создания постоянного магнитного потока, что показано на рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Эта обмотка создает магнитный поток, не зависящий от наличия электродвижущей силы в обмотках статора электродвигателя. Поэтому при возбуждении синхронного электродвигателя его вал начинает вращаться одновременно с полем статора. В отличии от асинхронного типа, где существует разница в движении, которая физически выражается как скольжение и рассчитывается по формуле:

где s – это величина скольжения, измеряемая в процентах, n1 – частота, с которой вращается поле статора, n2 – частота, с которой вращается ротор.

Синхронные электродвигатели применяются в тех устройствах, где важно соблюдать высокую точность синхронизации подачи питания и начала движения. Также они обеспечивают сохранение рабочих характеристик в момент пуска.

На практике существует огромное количество разновидностей асинхронных электродвигателей, отличающихся как сферой применения, так и мощностью согласно ГОСТ 12139-84 . В связи с тем, что все вариации перечислить невозможно, мы рассмотрим наиболее значимые критерии, по которым асинхронные аппараты разделяются на виды.

По количеству питающих фаз выделяют:

  • трехфазные – используются в сетях, где есть возможность подключиться сразу ко всем фазам, но в частных случаях могут запускаться и в однофазной сети;
  • двухфазные – применяются во многих бытовых приборах, состоят из двух рабочих обмоток, одна из которых питается напряжением сети, а вторая подключается через фазосдвигающий конденсатор.
  • однофазные – как и предыдущая модель содержат две обмотки, одна из которых рабочая, а вторая пусковая.

По типу ротора различают:

  • с короткозамкнутым ротором – имеет тяжелый пуск, но и меньшую стоимость;
  • с фазным ротором – на роторе устанавливается вспомогательная обмотка, делающая работу электродвигателя более плавной.

Рисунок 5: асинхронный двигатель с короткозамкнутым и с фазным ротором

По способу подачи питания:

  • статорные – классические модели, в которых рабочие обмотки устанавливают на статор;
  • роторные – рабочие обмотки помещаются на вращающемся элементе, широкое применение на практике получили асинхронные двигатели Шраге-Рихтера.

Способы пуска и схемы подключения

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором обладает низкой себестоимостью, большими пусковыми токами и низким усилием на старте. Поэтому для различных целей могут применять различные способы пуска, снижающие бросок тока в обмотках и улучшающие рабочие характеристики:

  • прямой – напряжение на электродвигатель подается через пускатели или контакторы;
  • переключение схемы соединения обмоток электродвигателя со звезды на треугольник;
  • понижение напряжения;
  • плавный пуск;
  • изменение частоты питающего напряжения.

Однофазного асинхронного двигателя.

Для асинхронного однофазного электродвигателя могут использоваться три основных способа пуска:

  • С расщеплением полюсов – используется в электродвигателях особой конструкции, но недостатком методы является постоянная потеря мощности.

  • С конденсаторным пуском – вводит пусковой конденсатор в момент запуска асинхронного двигателя и убирает его со схемы через несколько секунд после начала работы. Обладает максимальным вращательным моментом.
  • С резисторным пуском электродвигателя – обеспечивает начальный сдвиг между векторами ЭДС обмоток для скольжения в асинхронной машине.

Трехфазного асинхронного двигателя.

Трехфазные асинхронные агрегаты могут подключаться такими способами:

  • Напрямую в цепь через пускатель или контактор, что обеспечивает простоту процесса, но формирует максимальные токи. Этот способ не подходит в случае больших механических нагрузок на вал.
  • Переключением схемы со звезды на треугольник – применяется для снижения токов в обмотках электродвигателя за счет уменьшения питающего напряжения с линейного на фазное.
  • Путем подключения через преобразователь напряжения, реостаты или автотрансформатор для снижения разности потенциалов. Также используется изменение числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и прочие.

Помимо этого трехфазные асинхронные двигатели могут использовать прямую и реверсивную схему включения в цепь. Первый вариант применяется только для вращения вала электродвигателя в одном направлении. В реверсивной схеме можно переключать движение рабочего органа в прямом и обратном направлении.

Рис. 9: прямая схема без возможности реверсирования

Рассмотрим нереверсивную схему пуска асинхронного электродвигателя (рисунок 9). Здесь, через трехполюсный автомат QF1 питание подается на пускатель KM1. При нажатии кнопки SB2 произойдет подача напряжения на обмотки электродвигателя, его остановка осуществляется кнопкой SB1. Тепловое реле KK1 применяется для контроля температуры нагрева, а лампочка HL1 сигнализирует о включенном состоянии контактора.

Рисунок 10: схема прямого включения с реверсом

Реверсивная схема (смотрите рисунок 10) устроена аналогичным образом, но в ней используются два пускателя KM1 и KM2. Прямое включение асинхронного электродвигателя производиться кнопкой SB2, а обратное SB3.

Применение

Область применения асинхронных электродвигателей охватывает достаточно большой сегмент хозяйственной деятельности человека. Поэтому их можно встретить в различных типах станочного оборудования – токарных, шлифовальных, фрезерных, прокатных и т.д. В работе грузоподъемных кранов, талей, тельферов и прочих механизмов.

Их используют для лифтов, горнодобывающей техники, землеройного оборудования, эскалаторов, конвейеров. В быту их можно встретить в вентиляторах, микроволновках, хлебопечках и прочих вспомогательных устройствах. Такая популярность асинхронных электродвигателей обусловлена их весомыми преимуществами.

Преимущества и недостатки

К преимуществам асинхронных электродвигателей, в сравнении с другими типами электрических машин следует отнести:

  • Относительно меньшая стоимость, в сравнении с другими типами электродвигателей, за счет простоты конструкции;
  • Высокая степень надежности, благодаря отсутствию вспомогательных элементов редко выходят со строя;
  • Способны выносить кратковременные перегрузки;
  • Могут включаться в цепь напрямую без использования дополнительного оборудования;
  • Низкие затраты на содержание в ходе эксплуатации.

Основными недостатками асинхронного электродвигателя являются относительно большие пусковые токи и слабый пусковой момент, что в определенной степени ограничивает сферу прямого включения. Также асинхронные электродвигатели обладают низким коэффициентом мощности и сильно зависят от параметров питающего напряжения.

Видео по теме

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector