Асинхронный двигатель устройство и работаРабота асинхронного двигателя основана на принципах физического взаимодействия магнитного поля, появляющегося в статоре, с током, который это же поле генерирует в роторной обмотке. В рамках этого материала рассмотрим подробное устройство АД.
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 электродвигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже: АД Устройство 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. Асинхронный двигатель с фазным ротором устройство: на роторе находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря такому устройству и конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.
Асинхронные двигатели имеют очень простое устройство, 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
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.
Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества: возможность запуска электродвигателя 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.
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.
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.
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
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.
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. Типовая схема подсоединения АПЧ выглядит, как на рисунке ниже: 
Обмотка статора подсоединена к питающей сети с частотой f1. Частоту f2 получают с концов роторной обмотки ротора, куда она поступает через контактные кольца и щетки. Для такого преобразования частоты требуется приводной двигатель, механически связанный с ротором АПЧ. Таким ЭД может быть синхронный или асинхронный двигатель, если необходимо задать определенную частоту, а можно использовать двигатель постоянного тока, если нужно осуществлять плавную регулировку частоты. Если ротор преобразователя вращать в режиме противовключения, т.е против направления вращения магнитного поля статора, то скольжение s>1, поэтому, частота получаемого тока будет выше частоты статора f2>f1. Если поменять направление вращения приводного двигателя (ПД), то скольжение s<1 (работа в двигательном режиме), а частота генерируемого тока f2<f1. Частоту f2 можно определить по следующей формуле: f2=f1×(n1-n2)/n1
Надеюсь понятно, что при вращении ротора АПЧ со скоростью вращения выше синхронной, s>1, а значит, в числителе формулы выше должен стоять знак плюс, иначе s<1 знак минус. Электрическая мощность на выходе асинхронного преобразователя частоты представляет собой сумму электромагнитной мощности передаваемой от статора АПЧ и механическую мощность, идущую от ПД. PАПЧ=Pэм+Pмех
КПД такой системы не большой, так как он является произведением КПД ПД и АПД. η=ηПД×ηАПЧ
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.
Работа асинхронного электродвигателя сопровождается различными потерями. Они в конечном результате, приводят к нагреву двигателя и падению его КПД.
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.
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.
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.
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.
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.
Преобразователи частоты используются для регулирования скорости или момента асинхронных электродвигателя в широком частотном диапазоне и с хорошим коэффициентом полезного действия. Они надежно защищает двигатель от короткого замыкания между фазами и утечки на землю, обеспечивает тепловую защиту от перегрузки по моменту и току. Частотный преобразователь способен регистрировать, измерять, и передавать различные параметры электродвигателя: скорость, ток, мощность, момент, напряжение, потреблённую электроэнергию, температуру. |
  |
