Асинхронный двигатель устройства и работа

Работа асинхронного двигателя основана на принципах физического взаимодействия магнитного поля, появляющегося в статоре, с током, который это же поле генерирует в роторной обмотке.

Асинхронный двигатель (АД) принцип работы и устройство

Асинхронный двигатель работа, характеристики

Напряжение от источника питания прикладывается к обмотке статора, которая намотана как три группы катушек индуктивности. Под действием этого напряжения через обмотку потечет переменный трехфазный ток, который и создаст вращающееся магнитное поле. В момент пересечении замкнутой обмотки ротора, это магнитное поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, сгенерирует в ней электрический ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и тока ротора генерирует вращающийся электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря сумме этих моментов, создаваемых разными проводниками, появляется результирующий момент заставляющий вращаться ротор в том направлении, в котором находится электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле вращаются с разными скоростями, т.е. асинхронно. У этого типа электрических двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет ниже скорости, с которой вращается поле в статоре электродвигателя.

С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала, который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного двигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:

Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.

Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя

Статор – неподвижная часть электродвигателя, на внутренней стороне которого имеются обмотки. Обмотка статора - это обычно трехфазная обмотка, в которой проводники распределены достаточно равномерно по всей площади статора и уложены пофазно в специальных пазах, сделанных с угловым расстоянием 120 градусов. Статорные фазы соединяются методом «звезды» или «треугольника» - и подключены к трехфазному питанию. В процессе вращения в обмотках возбуждения, осуществляется перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготавливается из отдельных пластин из специальной электротехнической стали – таким образом удается существенно снизить неизбежные магнитные потери.

На асинхронный двигатель с фазным ротором крепится ротор, на котором находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу рота и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря этому, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.

Асинхронный двигатель с фазным ротором особенности запуска

Асинхронные двигатели имеют очень простую конструкцию, их достаточно легко обслуживать в процессе эксплуатации, а главное низкую себестоимость и высокую надежность. Но у них есть и один огромный минус – они потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их максимальный уровень мощности сильно зависит от мощности самой системы энергоснабжения. Ко всему прочему, из значения пускового тока втрое выше рабочего. В условиях слабой мощности питающей системы энергоснабжения, это может вызвать серьезное падение напряжение и отключение других работающих устройств. АД с фазными роторами, благодаря наличию в схеме ротора пусковых реостатов, могут запускаться с куда меньшим пусковым током.

Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость , для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.

Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Схема запуска асинхронного двигателя

При включении напряжения питания реле времени КТ1 и КТ2 срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия тумблера запуска SB1 срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с сопротивлениями, которые добавлены в схему – в этот момент времени на контакторах КМ1 и КМ2 питание отсутствует. В момент подключения контактора КМЗ, в цепи КМ1 реле КТ1 замыкает свой фронтовой контакт через определенный промежуток времени, заданный задержкой. По истечению которого электродвигатель разгоняется, ток ротора начинает снижаться происходит подлючение контактора КМ1 – осуществляется шунтирование первой пусковой ступени сопротивлений. Ток снова увеличивается, но по мере разгона его значение начинает снижаться. Одновременно с этим отключается реле КТ2, и с выставленной задержкой происходит замыкание контакта в цепи КМ2. Происходит шунтирование второй ступени сопротивлений. Двигатель начинает работать в штатном режиме.

Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.

Асинхронный двигатель с фазным ротором достоинства и недостатки

Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:

возможность запуска двигателя с уже подсоединенной к валу приличной нагрузкой – т.к с самого начала создает большой вращающий момент
ограничение по току включения дают возможность применять АД с фазовым ротором в маломощных сетях.
возможность продолжительной работы с большой перегрузкой
Небольшие изменения скорости вращения при разных нагрузках
Возможность коммутирования обычными цепями автоматики

Недостатки:

Добавочные резисторы в цепи ротора усложняют двигатель
Большие габаритные размеры
Меньший, чем у короткозамкнутых АД, показатель КПД и cosφ

На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо правильно определить начала и концы фазных обмоток.

Особенности подключения однофазного асинхронного двигателя

Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.

Подключение трехфазного асинхронного двигателя

У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.

Книги по электротехники. Электродвигатели

Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту

Выбор электродвигателей к производственным механизмам - Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.

Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов - основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы

Как самому рассчитать и сделать электродвигатель - рассмотрены расчеты ЭД малой мощности постоянного и переменного тока. Даны схемы включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки

Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов

Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей

Характеристика электродвигателя. Построение механической характеристики асинхронного ЭД

Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.

Асинхронный преобразователь частоты

Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.

Схема замещения асинхронного двигателя. Параметры, векторная диаграмма

Часто при расчетах в электротехнике вместо асинхронного двигателя (АД), его заменяют эквивалентной схемой замещения, в которой электромагнитная связь замещена электрической. При этом параметры ротора приводятся к статорным параметрам.

КПД и потери асинхронного двигателя

Работа асинхронного электродвигателя сопровождается различными потерями. Они в конечном результате, приводят к нагреву двигателя и падению его КПД.

Скорость вращения двигателя

Регулировать скорость вращения асинхронных электродвигателей требуется, например, для: изменения потока воздуха в вентиляционной системе, регулирования производительности различных насосов, изменения скорости движущихся деталей в станках и т.п. Кроме того во многих случаях это позволяет экономить электроэнергию, снизить акустические шумы, установить нужную производительность.

Расшифровка шильдика асинхронного двигателя

Чтобы правильно подсоединить к питающей сети электродвигатель (ЭД), нужно точно знать, на какое напряжение он рассчитан, какие схемы соединения обмоток можно использовать, какие пусковые токи могут протекать в цепи. Для всего выше перечисленного нужно посмотреть паспорт на ЭД, который имеется в табличке, на корпусе ЭД. На шильдике, указаваются основные данные ЭД, в которых ко всему прочему указывается номер двигателя, его номинальная мощност, обороты, коэффициент мощности, режим работы, класс изоляции, ГОСТ, год изготовления и КПД двигателя.

Способы и схемы пуска асинхронного двигателя

Пуск асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором можно произвести различными методами. Все они хороши в различных ситуациях по-своему. В рамках этой лекции мы рассмотрим основные из них.

Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель (ЭД) нашел свое широкое применение благодаря своей надежности, простоте и дешевизне. Чтобы продлить срок его эксплуатации и улучшить его параметры, необходимы дополнительный устройства, которые позволяют запускать регулировать и даже защищать двигатель. Одним из таких приборов является устройство плавного пуска ЭД.

Способы торможения асинхронного двигателя

При использовании асинхронного электродвигателя (ЭД), в роли составной части привода, часто появляется необходимость в искусственном торможении двигателя. Существует множество различных методов остановки асинхронного ЭД, разберем некоторые из них.