Каков принцип действия трехфазного асинхронного двигателя: Трехфазный асинхронный двигатель

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

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

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

Получение вращающегося магнитного поля

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

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

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

Пуск асинхронных двигателей

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

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 

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

Способы торможения двигателей

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

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Неподвижная часть асинхронного двигателя – статор имеет трехфазную обмотку, при включении которой в сеть возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля

n₁=f₁∙60/p.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя – ротор, который состоит из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора состоит из стержней, уложенных в пазы сердечника и замкнутых с двух сторон кольцами.

Вращающееся поле статора пересекает проводники (стержни) обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Но так как обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы F_пр, направление которых определяется по правилу «левой руки». Силы F_пр стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил F

пр, приложенных к отдельным проводникам, создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение со скоростью n₂. Вращение ротора через вал передается исполнительному механизму.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую.

Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора, зависит от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. При необходимости изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя следует поменять местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Например, порядок следования фаз АВС заменить порядком СВА. Скорость вращения ротора n₂ асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля n₁, так как только в этом случае возможно наведение э.д.с. в обмотке ротора. Разность скоростей ротора и вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой

скольжением,

s=(n₁ – n₂)/n₁.

Часто скольжение выражается в процентах:

s=[(n₁ – n₂)/n₁]∙100.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в пределах от 0 до 1. При этом s≈0 соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя не испытывает противодействующих моментов, а s≈1 соответствует режиму короткого замыкания, когда противодействующий момент двигателя превышает вращающий момент и поэтому ротор двигателя неподвижен (n₂=0).

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Так, например, для двигателей нормального исполнения мощностью от 1 до 1000 кВт номинальное скольжение приблизительно составляет соответственно 0,06-0,01, т.е. 6-1%.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя равна

n₂=(1-s)∙n₁.

На щитке двигателя указывается номинальная скорость вращения n_н. Эта величина дает возможность определить синхронную скорость вращения n₁, номинальное скольжение s_н, а также число полюсов обмотки статора 2р.

Источник: Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. – М.: 1971, с. 288-290.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигателем называется электрическая машина, функциональным назначением которой является преобразование энергии электрической в энергию механическую. Существует несколько типов электродвигателей постоянного или переменного тока.

Одним из наиболее распространенных типов электродвигателей, нашедших свое применение в производственных условиях различного назначения, является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Отличительными особенностями данного типа электродвигателей является отсутствие скользящих контактов, простота и надежность конструкции, легкость технического обслуживания.

Основной функциональный узел трехфазного асинхронного двигателя включает в себя две составные части: статор и короткозамкнутый ротор. Конструктивно статор и ротор представляют собой пакеты пластин, выполненных из специальной электротехнической стали.

Сердечник статора имеет трехфазную обмотку, уложенную и закрепленную в специальных пазах. Фазы обмотки статора соединены по типу «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения и особенностей питающей сети.

Сердечник ротора и его обмотка не изолированы друг от друга. Обмотка ротора и вентиляционные лопатки представляют собой слитную конструкцию, выполненную из сплава алюминия или полностью алюминиевую. Стержневые выводы обмотки ротора накоротко замкнуты надетыми на них кольцами и образуют конструкцию, называемую «беличьей клеткой».

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

основан на использовании закона электромагнитной индукции. Сердечник статора с трехфазной обмоткой создает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают короткозамкнутые стержневые выводы обмотки ротора. Электродвижущая сила, наведенная в роторе, способствует протеканию переменного тока в его обмотке.

Переменный ток, протекающий в обмотке ротора, создаёт вокруг него магнитное поле, силовые линии которого пересекаются с магнитным полем сердечника статора. Взаимодействующие магнитные поля приводят в движение ротор, который начинает вращаться в направлении магнитного поля статора.

Двигатель назван асинхронным из-за частоты вращения ротора, которая имеет несколько меньшую величину, чем синхронная частота вращения магнитного поля статора и считается асинхронной.

Конструкция асинхронных трехфазных двигателей достаточно проста и надежна в эксплуатации, что позволяет оборудовать ими технические устройства различного назначения. Асинхронные трехфазные двигатели приводят в движение многие виды производственного оборудования и вспомогательных механизмов.

Трехфазными асинхронными двигателями оснащены станки металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности, насосное и конвейерное оборудование, строительная техника, многие виды вспомогательных технических устройств.

Трехфазные асинхронные двигатели надежны и не теряют работоспособности в условиях значительных кратковременных перегрузок.

Асинхронные двигатели, наиболее пригодны, для изготовления в герметическом исполнении. Такие двигатели могут эксплуатироваться даже в очень тяжелых специфических условиях.

Простая и надежная конструкция трехфазных асинхронных электродвигателей обуславливает их повсеместное использование в различных сферах производства. Данный тип двигателей нашел широкое применение в технологическом оборудовании для строительной, судостроительной, автомобилестроительной и многих других отраслей.

Двигатель асинхронный трехфазный: устройство и принцип действия.

22.11.2018

Трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространённым типом моторов. В таком электродвигателе на статоре устанавливается трехфазная обмотка, что обуславливает его название.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Конструкция 
2. Принцип действия
3. Режим работы
4. Преимущества

КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНОГО асинхронного ДВИГАТЕЛЯ

Основная задача двигателя — это превращение электрической энергии в механическую. Конструкция его состоит из двух основных элементов таких как ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть).

Между ними находиться воздушный зазор. Оба этих элемента имеют в себе сердечники, где размещается специальные витки обмотки. В роторе они располагаются на валу, а в статоре в специальных пазах на корпусе.

Пазы, на которых крепиться обмотка имеют угловое расстояние между собой в 120 градусов. Наиболее распространённым является  система с короткозамкнутым ротором или как ее называют «беличье колесо». В этом случае обмотка крепиться на каркас цилиндрической формы, а стержни соединяются с сердечником ротора и накоротко замыкаются с торцов.

Помимо короткозамкнутого также используются и двигатели с фазным ротором. В этом случае фазы обмотки присоединяется к специальным контактным кольцам, а их концы изолируются друг от друга и от вала. При всем этом статоры в обоих представленных видах могут не отличаться конструкционно.

Существует несколько схем соединения трехфазных обмоток между собой. Основными способами являются т.н. «звезда» и «треугольник». Иногда устанавливаются и комбинированные варианты. Подбор схемы зависит от напряжения питания в сети. В первом случае концы фаз обмоток соединены в одной точке. Во втором – конец каждой фазы поочередно соединяется с началом следующей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Работа асинхронного двигателя основывается на вращении магнитных полей. С помощью тока в обмотке статора создается движущееся магнитное поле, которое воздействует на контур ротора и индуцирует в нем электродвижущую силу. Если этот показатель выше силы трения, то вал приводиться в движение.

Ротор увеличивает частоту вращения пытаясь догнать скорость вращения магнитных полей обмотки статора. Однако, когда этот параметр сравниваеться то электродвижущая достигает нулевого значения и магнитное воздействие пропадает.

Поэтому частота вращение вала никогда не совпадает (не синхронна) с частотой движущихся магнитных полей. Из-за этого двигатель называют асинхронным.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Трехфазный электродвигатель асинхронного типа имеет несколько возможных режимов работы:

• Пуск. 
• Двигательный режим.
• Холостой ход.
• Генераторный режим.
• Электромагнитное торможение.

Пуск является начальным этапом работы любого двигателя. В этом режиме на обмотку пускается ток и создаются вращающиеся магнитные поля. В момент, когда сила трения меньше электродвижущей – ротор начинает вращение.

Двигательный режим выполняет основную задачу электродвигателя, то есть превращает электродвижущую силу в механическое вращение вала.

Холостой ход происходит, когда на валу отсутствует нагрузка, то есть он не подсоединен к другим устройствам.

Генераторный режим включается, когда обороты вала принудительно, например, с помощью другого двигателя, превышают скорость вращения электромагнитного поля. В этом случае электродвижущая сила имеет обратный вектор и двигатель превращается в источник активной энергии.

Электромагнитное торможение происходит, когда искусственно изменяют направление вращения электромагнитного поля и ротора на противоположные. Происходит довольно быстрое торможение. Применяется только в экстренных случаях, так как выделяется огромное количество тепла.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВиГАТЕЛЯ

Трёхфазный двигатель также может работать в однофазном режиме, когда это потребуется. Однако номинальная мощность при этом понижается приблизительно вдвое.

В случае пропадания одной из фаз двигатель продолжит работу и даже будет возможен запуск, но с пониженной мощностью. Относительная дешевизна, хороший КПД и надежность поспособствовали тому, что такие моторы заслужили наибольшую популярность во всем мире. 

На нашем сайте вы сможете найти электродвигали для любых ситуаций. В каталогах представлены моторы таких мировых лидеров как Siemens, ABB, Lenze, а также VEM motors.

На страницах нашего блога также можно также ознакомиться с другими типами асинхронных моторов >>>ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ <<< или более подробно узнать о конструкции электродвигателей  >>> ВИДЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ <<<  

Подписывайтесь на наши обновления:

       

---

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип действия однофазного и трехфазного асинхронного электродвигателя.

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. Асинхронные двигатели – это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели. Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках. Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты. Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

1. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра – намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Более подробные сведения о схемах соединения и условных обозначениях начал и концов обмоток представлены ниже. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набранного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора. Различают два вида обмоток ротора: фазную и короткозамкнутую. Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в звезду. Концы обмотки ротора соединяют вместе и изолируют, а начала присоединяют к контактным кольцам, располагающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолированные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к которым присоединяют внешние цепи. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать скорость вращения двигателя и ограничивать пусковые токи. Наибольшее применение получила короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава. При этом в пакете ротора 1 заодно отливаются стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3. (рис. 3). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения – это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

2. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом – вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Алиев И.И.

Каков принцип действия трехфазного асинхронного двигателя — Мастер Фломастер

В промышленности наибольшее распространение получили асинхронные двигатели трехфазного тока. Рассмотрим устройство и принцип действия этих двигателей.

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Для уяснения работы такого двигателя проделаем следующий опыт.

Укрепим подковообразный магнит на оси таким образом, чтобы его можно было вращать за ручку. Между полюсами магнита расположим на оси медный цилиндр, могущий свободно вращаться.

Рисунок 1. Простейшая модель для получения вращающегося магнитного поля

Начнем вращать магнит за ручку по часовой стрелке. Поле магнита также начнет вращаться и при вращении будет пересекать своими силовыми линиями медный цилиндр. В цилиндре, по закону электромагнитной индукции, возникнут вихревые токи, которые создадут свое собственное магнитное поле — поле цилиндра. Это поле будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего цилиндр начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Установлено, что скорость вращения цилиндра несколько меньше скорости вращения поля магнита.

Действительно, если цилиндр вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, то магнитные силовые линии не пересекают его, а следовательно, в нем не возникают вихревые токи, вызывающие вращение цилиндра.

Скорость вращения магнитного поля принято называть синхронной , так как она равна скорости вращения магнита, а скорость вращения цилиндра — асинхронной (несинхронной). Поэтому сам двигатель получил название асинхронного двигателя . Скорость вращения цилиндра (ротора) отличается от синхронной скорости вращения магнитного поля на небольшую величину, называемую скольжением.

Обозначив скорость вращения ротора через n1 и скорость вращения поля через n мы можем подсчитать величину скольжения в процентах по формуле:

В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение цилиндра мы получали благодаря вращению постоянного магнита, поэтому такое устройство еще не является электродвигателем . Надо заставить электрический ток создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора. Задачу эту в свое время блестяще разрешил М. О. Доливо-Добровольский. Он предложил использовать для этой цели трехфазный ток.

Устройство асинхронного электродвигателя М. О. Доливо-Добровольского

Рисунок 2. Схема асинхронного электродвигателя Доливо-Добровольского

На полюсах железного сердечника кольцевой формы, называемого статором электродвигателя , помещены три обмотки, сети трехфазного тока 0 расположенные одна относительно другой под углом 120°.

Внутри сердечника укреплен на оси металлический цилиндр, называемый ротором электродвигателя.

Если обмотки соединить между собой так, как показано на рисунке, и подключить их к сети трехфазного тока, то общий магнитный поток, создаваемый тремя полюсами, окажется вращающимся.

На рисунке 3 показан график изменения токов в обмотках двигателя и процесс возникновения вращающегося магнитного поля.

Рассмотрим — подробнее этот процесс.

Рисунок 3. Получение вращающегося магнитного поля

В положении «А» на графике ток в первой фазе равен нулю, во второй фазе он отрицателен, а в третьей положителен. Ток по катушкам полюсов потечет в направлении, указанном на рисунке стрелками.

Определив по правилу правой руки направление созданного током магнитного потока, мы убедимся, что на внутреннем конце полюса (обращенном к ротору) третьей катушки будет создан южный полюс (Ю), а на полюсе второй катушки — северный полюс (С). Суммарный магнитный поток будет направлен от полюса второй катушки через ротор к полюсу третьей катушки.

В положении «Б» на графике ток во второй фазе равен нулю, в первой фазе он положителен, а в третьей отрицателен. Ток, протекая по катушкам полюсов, создает на конце первой катушки южный полюс (Ю), на конце третьей катушки северный полюс (С). Суммарный магнитный поток теперь будет направлен от третьего полюса через ротор к первому полюсу, т. е. полюсы при этом переместятся на 120°.

В положении «В» на графике ток в третьей фазе равен нулю, во второй фазе он положителен, а в первой отрицателен. Теперь ток, протекая по первой и второй катушкам, создаст на конце полюса первой катушки — северный полюс (С), а на конце полюса второй катушки — южный полюс (Ю), т. е. полярность суммарного магнитного поля переместится еще на 120°. В положении «Г» на графике магнитное поле переместится еще на 120°.

Таким образом, суммарный магнитный поток будет менять свое направление с изменением направления тока в обмотках статора (полюсов).

При этом за один период изменения тока в обмотках магнитный поток сделает полный оборот. Вращающийся магнитный поток будет увлекать за собой цилиндр, и мы получим таким образом асинхронный электродвигатель.

Напомним, что на рисунке 3 обмотки статора соединены «звездой», однако вращающееся магнитное поле образуется и при соединении их «треугольником».

Если мы поменяем местами обмотки второй и третьей фаз, то магнитный поток изменит направление своего вращения на обратное.

Такого же результата можно добиться, не меняя местами обмотки статора, а направляя ток второй фазы сети в третью фазу статора, а третью фазу сети — во вторую фазу статора.

Таким образом, изменить направление вращения магнитного поля можно переключением двух любых фаз.

Мы рассмотрели устройство асинхронного двигателя, имеющего на статоре три обмотки . В этом случае вращающееся магнитное поле двухполюсное и число его оборотов в одну секунду равно числу периодов изменения тока в одну секунду.

Если на статоре разместить по окружности шесть обмоток, то будет создано четырехполюсное вращающееся магнитное поле . При девяти обмотках поле будет шестиполюсным.

При частоте трехфазного тока f , равной 50 периодам в секунду, или 3000 в минуту, число оборотов n вращающегося поля в минуту будет:

при двухполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 1 = 3000 об/мин,

при четырехполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 2 = 1500 об/мин,

при шестиполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 3 = 1000 об/мин,

при числе пар полюсов статора, равном p : n = (f х 60 ) / p ,

Итак, мы установили скорость вращения магнитного поля и зависимость ее от числа обмоток на статоре двигателя.

Ротор же двигателя будет, как нам известно, несколько отставать в своем вращении.

Однако отставание ротора очень небольшое. Так, например, при холостом ходе двигателя разность скоростей составляет всего 3%, а при нагрузке 5 — 7%. Следовательно, обороты асинхронного двигателя при изменении нагрузки изменяются в очень небольших пределах, что является одним из его достоинств.

Рассмотрим теперь устройство асинхронных электродвигателей

Статор современного асинхронного электродвигателя имеет невыраженные полюсы, т. е. внутренняя поверхность статора сделана совершенно гладкой.

Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник статора набирают из тонких штампованных стальных листов. Собранный сердечник статора закрепляют в стальном корпусе.

В пазы статора закладывают обмотку из медной проволоки. Фазовые обмотки статора электродвигателя соединяются «звездой» или «треугольником», для чего все начала и концы обмоток выводятся на корпус — на специальный изоляционный щиток. Такое устройство статора очень удобно, так как позволяет включать его обмотки на разные стандартные напряжения.

Ротор асинхронного двигателя , подобно статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка.

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором .

Обмотка короткозамкнутого ротора сделана из медных стержней, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединены при помощи медного кольца. Такая обмотка называется обмоткой типа «беличьей клетки». Заметим, что медные стержни в пазах не изолируются.

В некоторых двигателях «беличью клетку» заменяют литым ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором (с контактными кольцами) применяется обычно в электродвигателях большой мощности и в тех случаях; когда необходимо, чтобы электродвигатель создавал большое усилие при трогании с места. Достигается это тем, что в обмотки фазного двигателя включается пусковой реостат.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели пускаются в ход двумя способами:

1) Непосредственным подключением трехфазного напряжения сети к статору двигателя. Этот способ самый простой и наиболее популярный.

2) Снижением напряжения, подводимого к обмоткам статора. Напряжение снижают, например, переключая обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

Пуск двигателя в ход происходит при соединении обмоток статора «звездой», а когда ротор достигнет нормального числа оборотов, обмотки статора переключаются на соединение «треугольником».

Ток в подводящих проводах при этом способе пуска двигателя уменьшается в 3 раза по сравнению с тем током, который возник бы при пуске двигателя прямым включением в сеть с обмотками статора, соединенными «треугольником». Однако этот способ пригоден лишь в том случае, если статор рассчитан для нормальной работы при соединении его обмоток «треугольником».

Наиболее простым, дешевым и надежным является асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором , но этот двигатель обладает некоторыми недостатками — малым усилием при трогании с места и большим пусковым током. Эти недостатки в значительной мере устраняются применением фазного ротора, но применение такого ротора значительно удорожает двигатель и требует пускового реостата.

Типы асинхронных электродвигателей

Основной тип асинхронных машин — трехфазный асинхронный двигатель . Он имеет три обмотки на статоре, смещенные в пространстве на 120°. Обмотки соединяются в звезду или треугольник и питаются трехфазным переменным током.

Двигатели малой мощности в большинстве случаев выполняются как двухфазные . В отличие от трехфазных двигателей они имеют на статоре две обмотки, токи в которых для создания вращающегося магнитного поля должны быть сдвинуты на угол π /2.

Если токи в обмотках равны по модулю и сдвинуты по фазе на 90°, то работа подобного двигателя ничем не будет отличаться от работы трехфазного. Однако такие двигатели с двумя обмотками на статоре в большинстве случаев питаются от однофазной сети и сдвиг, приближающийся к 90°, создается искусственным путем, обычно за счет конденсаторов.

Однофазный двигатель , имеющий только одну обмотку на статоре, практически неработоспособен. При неподвижном роторе в двигателе создается только пульсирующее магнитное поле и вращающий момент равен нулю. Правда, если ротор такой машины раскрутить до некоторой скорости, то далее она может выполнять функции двигателя.

В этом случае, хотя и будет только пульсирующее поле, но оно слагается из двух симметричных — прямого и обратного, которые создают неравные моменты — больший двигательный и меньший тормозной, возникающий за счет токов ротора повышенной частоты (скольжение относительно обратносинхронного поля больше 1).

В связи с изложенным однофазные двигатели снабжаются второй обмоткой, которая используется как пусковая. В цепь этой обмотки для создания фазового сдвига тока включают конденсаторы, емкость которых может быть достаточно велика (десятки микрофарад при мощности двигателя менее 1 кВт).

В системах управления используются двухфазные двигатели, которые иногда называют исполнительными . Они имеют две обмотки на статоре, сдвинутые в пространстве на 90°. Одна из обмоток, называемая обмоткой возбуждения, непосредственно подключается к сети 50 или 400 Гц. Вторая используется как обмотка управления.

Для создания вращающегося магнитного поля и соответствующего момента ток в обмотке управления должен быть сдвинут на угол, близкий к 90°. Регулирование скорости двигателя, как будет показано ниже, осуществляется изменением значения или фазы тока в этой обмотке. Реверс обеспечивается изменением фазы тока в управляющей обмотке на 180° (переключением обмотки).

Двухфазные двигатели изготовляются в нескольких исполнениях:

с короткозамкнутым ротором,

с полым немагнитным ротором,

с полым магнитным ротором.

Преобразование вращательного движения двигателя в поступательное движение органов рабочей машины всегда связано с необходимостью использования каких-либо механических узлов: зубчатых реек, винта и др. Поэтому иногда целесообразно выполнение двигателя с линейным перемещением ротора-бегунка (название ’’ротор” при этом может быть принято только условно — как движущегося органа).

В этом случае двигатель, как говорят, может быть развернут. Обмотка статора линейного двигателя выполняется так же, как и у объемного двигателя, но только должна быть заложена в пазы на всю длину максимального возможного перемещения ротора-бегунка. Ротор-бегунок обычно короткозамкнутый, с ним сочленяется рабочий орган механизма. На концах статора, естественно, должны находиться ограничители, препятствующие уходу ротора за рабочие пределы пути.

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Предлагаем рассмотреть принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, трехфазного и однофазного типа, а также его конструкцию и схемы подключения.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора – роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Конструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = U_с I 2 = U 2 I 2 / sin 2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

1. Конструкция простой формы.
2. Низкая стоимость производства.
3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
4. Не прихотлив в эксплуатации.
5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
3. Относительно небольшой пусковой момент.

Самым распространенным электродвигателем, используемым в быту, промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, на сегодняшний день, является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором). Основным его преимуществом, перед другими типами двигателей является простота, надежность и дешевизна.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.

Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.

Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об./мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.

Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:
S=( n0-n )/ n0,
где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.

В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.

Если нагрузка на валу двигателя отсутствует, частота вращения поля ротора n, стремиться достичь частоты вращения поля ротора, но никогда не достигает ее, так как если n0-n=0, то и электромагнитный момент двигателя М будет равен 0.

В паспорте и на шильдике асинхронного электродвигателя производитель указывает номинальную частота вращения двигателя, замеряемую при номинальной мощности. При увеличении нагрузки на валу двигателя, частота вращения двигателя уменьшается, а ток статора увеличивается. Асинхронные двигатели могут изготовляться с 1,2,3 ,4,5,6 парами полюсов. Соответственно синхронная скорость вращения асинхронного двигателя соответственно будет составлять 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

На смену классической конструкции асинхронного двигателя приходят энергоэффективные конструкции асинхронных двигателей обладающие более высоким КПД и технико-экономическими показателями. Применение частотно-регулируемого привода в тандеме с энергоэффективными двигателями, позволит существенно улучшить энергетические показатели и снизить затраты на электроэнергию.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой. Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока. Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

Конструкция и работа трехфазного асинхронного двигателя на судне

Популярность трехфазных асинхронных двигателей на борту судов объясняется их простой, прочной конструкцией и высокой надежностью в морской среде. Асинхронный двигатель может использоваться в различных приложениях с различными требованиями к скорости и нагрузке.

Трехфазный источник питания переменного тока судового генератора может быть подключен к асинхронному двигателю переменного тока через стартер или любое другое устройство, например автотрансформатор, для улучшения характеристик крутящего момента и тока.

Дополнительная литература: Почему на кораблях номинальные значения трансформаторов и генераторов указаны в кВА?

Асинхронные двигатели используются почти во всех системах машинного оборудования судна, таких как двигатель крана, гребной двигатель, двигатель нагнетателя, двигатель насоса забортной воды и даже небольшой синхронный двигатель.

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель – это двигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.

Асинхронные двигатели бывают двух основных типов:

1 . Однофазный асинхронный двигатель :

Однофазный асинхронный двигатель: Как следует из названия, этот тип двигателя поставляется с однофазным источником питания. Переменный ток проходит по основной обмотке двигателя. Тип используемого однофазного асинхронного двигателя зависит от схемы запуска, которую они используют в качестве вспомогательной, поскольку они не запускаются самостоятельно.

Однофазные асинхронные двигатели в основном используются в системах с низким энергопотреблением, некоторые из них упомянуты ниже:

2 . 3-фазный асинхронный двигатель:

Эти трехфазные двигатели снабжены трехфазным питанием переменного тока и широко используются на судах для более тяжелых нагрузок. Трехфазные асинхронные двигатели бывают двух типов: двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом.

Двигатели

с короткозамкнутым ротором широко используются на судах из-за их прочной конструкции и простой конструкции, например, некоторые из них. их заявок:

• Подъемники
• Краны
• Вытяжные вентиляторы большой мощности
• Двигатель Вспомогательные насосы
• Двигатель вентилятора вентилятора двигателя
• Насосы для тяжелых нагрузок в машинном отделении – балластные, противопожарные, пресноводные, морские и т. Д.
• Двигатель лебедки
• Мотор брашпиля

Дополнительная литература: Общий обзор центральной системы охлаждения на кораблях

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Основной корпус асинхронного двигателя состоит из двух основных частей:

Статор

Статор состоит из ряда штамповок, в которых прорезаны различные пазы для размещения трехфазной цепи обмотки, подключенной к трехфазному источнику переменного тока.

Трехфазные обмотки расположены в пазах таким образом, что они создают вращающееся магнитное поле после подачи на них переменного тока.

Дополнительная литература: Как отремонтировать двигатели на кораблях?

Обычно обмотки держатся на разной делительной окружности с 30% перекрытием друг друга.

Обмотки намотаны на определенное количество полюсов в зависимости от требуемой скорости, поскольку скорость обратно пропорциональна количеству полюсов, определяемому формулой:

N _с = 120f / p

Где N _с = синхронная скорость

f = частота

p = нет.полюсов

Ротор

Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, на которых установлены токопроводящие шины.

Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, которые подходят к каждому гнезду. Эти жилы припаяны к замыкающим концевым кольцам.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного перекошены по следующим причинам:

• Они уменьшают магнитный фон или шум
• Избегают остановки двигателя

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Когда на двигатель подается трехфазное питание, результирующий ток создает магнитный поток «Ø».

Из-за последовательности переключения трехфазного тока в R, Y и B, генерируемый магнитный поток вращается вокруг проводника ротора.

Согласно закону Фарадея, который гласит: «ЭДС, индуцированная в любой замкнутой цепи, обусловлена ​​скоростью изменения магнитного потока в цепи», ЭДС индуцируется в медном стержне, и благодаря этому ток течет в роторе. .

Направление ротора может быть задано законом Ленца, который гласит: «Направление индуцированного тока будет противоположным движению, вызывающему его.”

Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость, таким образом вращая ротор асинхронного двигателя.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция двигателя и способ подачи электроэнергии дают асинхронному двигателю несколько преимуществ, таких как:

– Они прочные и простые по конструкции с очень небольшим количеством движущихся частей

– Они могут эффективно работать в суровых и суровых условиях, например, на морских судах

– Стоимость обслуживания трехфазного асинхронного двигателя меньше, и в отличие от двигателя постоянного тока или синхронного двигателя, они не имеют таких деталей, как щетки, контактные кольца, контактные кольца и т. Д.

– Асинхронный двигатель может работать во внутренней среде, поскольку у него нет щеток, которые могут вызвать искру и могут быть опасны для такой атмосферы

Дополнительная литература: 20 опасностей нефтеналивного танкера, о которых должен знать каждый моряк

– 3-фазный асинхронный двигатель не нуждается в каком-либо дополнительном пусковом механизме или устройстве, поскольку они могут генерировать самозапускающийся крутящий момент, когда к ним подается трехфазный переменный ток, в отличие от синхронных двигателей. Однако однофазный асинхронный двигатель нуждается в некотором вспомогательном устройстве для пускового момента

.

– Конечная мощность трехфазного двигателя почти равна 1.В 5 раз больше номинальной мощности (мощности) однофазного двигателя того же типоразмера.

Недостатки трехфазного асинхронного двигателя:

– Во время пуска он потребляет высокий начальный пусковой ток при подключении к тяжелой нагрузке. Это вызывает провал напряжения во время запуска машины. Чтобы избежать этой проблемы, к трехфазному электродвигателю подключаются методы плавного пуска.

Дополнительная литература: Панель пускателя двигателя на кораблях: техническое обслуживание и процедуры

– Асинхронный двигатель работает с запаздывающим коэффициентом мощности, что приводит к увеличению потерь I2R и снижению эффективности, особенно при низкой нагрузке.Для корректировки и улучшения коэффициента мощности с этим типом двигателя переменного тока можно использовать батареи статических конденсаторов.

– Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя затруднено по сравнению с двигателями постоянного тока. Частотно-регулируемый привод может быть интегрирован с асинхронным двигателем для регулирования скорости.

Проблемы в трехфазном асинхронном двигателе:

Как и любое другое оборудование, трехфазный асинхронный двигатель может сталкиваться с различными типами проблем, которые можно в целом классифицировать как:

A) Неисправности, связанные с окружающей средой: Суровые морские условия могут сказаться на оборудовании судна на ранней стадии, если оно не обслуживается должным образом.Температура окружающей среды и влажность воздуха в море влияют на рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Двигатели устанавливаются на другое крупное оборудование (главный двигатель), имеющее собственную частоту вибрации, которая влияет на детали двигателя.

Неправильная установка или неплотное основание двигателя или нагрузки, к которой он подключен, также может привести к снижению КПД двигателя и, при более длительной работе, к выходу двигателя из строя.

B) Неисправности, связанные с электричеством: Проблема возникает в двигателе из-за сбоев в электроснабжении, таких как несбалансированная подача тока или линейного напряжения, замыкание на землю в системе, проблема однофазности, короткое замыкание и т. Д.Различные типы электрических неисправностей:

Неисправность обмотки: Обмотка статора может выйти из строя из-за проблемы с изоляцией, вызвавшей короткое замыкание.

Дополнительная литература: Важность сопротивления изоляции в морских электрических системах

Однофазный отказ: При потере одной или нескольких фаз трехфазного источника питания работающий трехфазный двигатель продолжит работу, но с повышенными параметрами температуры и потерь.Это состояние известно как однофазное.

Ползание: Это сочетание электрической и механической неисправности, при которой асинхронный двигатель работает на более низкой скорости (почти 1/7 своей синхронной скорости) даже при полной нагрузке. Это результат аномальной магнитодвижущей силы или высокого содержания гармоник в источнике питания двигателя.

C) Неисправности, связанные с механикой: Двигатель состоит из нескольких механических частей, и их совмещение друг с другом и с нагрузкой играет важную роль в эффективности двигателя.Вот некоторые из наиболее заметных механических неисправностей двигателя:

1. Дисбаланс Ротор: Ротор – единственная движущаяся часть в трехфазном асинхронном двигателе. Если есть дисбаланс между осью вращения вала и осью распределения веса ротора, это приведет к вибрации, дополнительному нагреву и потере эффективности в системе.

Дисбаланс может быть вызван дефектом ротора, внутренним перекосом, изгибом вала, неравномерной нагрузкой и проблемами в двигателе и силовой муфте.

Дополнительная литература: 10 вещей, которые следует учитывать при сборке судового оборудования после технического обслуживания

2. Усталостный отказ: Если график технического обслуживания не соответствует требованиям или детали, используемые в двигателе, имеют низкое качество, ослабление материала может привести к усталостному разрушению, которое обычно вызывается многократно применяемыми нагрузками.
3. Неисправность подшипника: Двигатель оснащен двумя подшипниками на каждом конце ротора для поддержки и свободного вращения вала.Подшипник может выйти из строя, если не проводить своевременное техническое обслуживание или из-за перегрузки, неправильной установки, загрязненного смазочного масла и работы при чрезмерной температуре.

Дополнительная литература: Как проверить смазочное масло на борту корабля?

4. Коррозия: Двигатель, установленный на судне, находится в очень агрессивной среде. Поскольку двигатель состоит из нескольких механических частей, таких как ротор, подшипник и т. Д., Влага, присутствующая в атмосфере, или вода, содержащаяся в смазке (консистентной смазке), разъедают подшипники, вал двигателя и роторы.Изоляция также может пострадать от коррозии и привести к короткому замыканию между обмотками
5. Проблема со смазкой: Отсутствие смазки или загрязнение смазочного материала может привести к увеличению трения между деталями, а подшипники могут быстро изнашиваться.

Дополнительная литература: 8 способов оптимизации использования смазочного масла на судах

Защита для трехфазного асинхронного двигателя

Однофазная защита: Для решения этой проблемы используются защитные устройства для трехфазного асинхронного двигателя.Все двигатели мощностью более 500 кВт должны быть оснащены защитными устройствами или оборудованием для предотвращения любого повреждения из-за однофазного включения. Подробную информацию об этих устройствах можно найти здесь.

Перегрев: Обмотка двигателя может нагреваться из-за таких проблем, как перегрузка или однофазность. Предохранители, реле и т. Д. Используются для защиты двигателя от перегрева

Дополнительная литература: Техническое обслуживание электрического реле в судовой электросистеме

Плавный запуск: Как описано выше, одним из недостатков трехфазного асинхронного двигателя является большой ток, который он потребляет во время периода пуска.Чтобы защитить его от этой проблемы, используются различные методы пуска, объединяющие двигатель с устройством плавного пуска, DOL, пускателем со звезды на треугольник, автотрансформатором и т. Д.

Дополнительная литература: 10 способов достижения энергоэффективности в судовой электрической системе

Использование устройства плавного пуска для асинхронного двигателя снижает механические и электрические нагрузки, защищая двигатель во время пуска.

Возможно, вы также прочитаете:

Заявление об ограничении ответственности: Вышеупомянутые взгляды принадлежат только автору.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: электрическая судовая электрическая

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель был изобретен Никола Тесла примерно в конце 1880-х годов, а также другими. состоит из двух частей: статора и ротора, разделенных воздушным зазором. Теперь, когда подается 3-фазное питание (3-фазное означает 3 формы волны напряжения одинаковой величины, но 3 разные фазы) в проводниках статора (катушка). Катушки статора подключены к трехфазному источнику питания, который создает вращающееся магнитное поле.это вращающееся магнитное поле направлено по часовой стрелке. Его также называют синхронным полем. вращающееся поле действует на проводники ротора, но проводник ротора вращается против часовой стрелки в стационарном поле. За счет электромагнитной индукции Фарадея в проводнике ротора возникает напряжение. Поскольку цепь ротора замкнута, либо через торцевое кольцо, либо через внешнее сопротивление индуцированное напряжение вызывает протекание тока в проводниках ротора. По правилу правой руки мы можем определить направление индуцированного тока в проводнике.Направление тока наружу. Ток в проводнике ротора создает собственное магнитное поле.
Мы знаем, что когда проводник, по которому проходит ток, помещается в магнитное поле, на него создается сила. таким образом, сила создается на проводнике ротора. направление этой силы можно найти по правилу левой руки. видно, что сила, действующая на проводник, направлена ​​в том же направлении, что и направление вращающегося магнитного поля. Поскольку проводник ротора находится в прорези на окружности ротора, эта сила действует в касательном направлении к ротору и развивает крутящий момент на роторе.одинаковый крутящий момент создается на всех проводниках ротора. Поскольку ротор может свободно двигаться, он начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле. Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель запускается автоматически. Поскольку работа этого двигателя зависит от наведенного напряжения в проводниках ротора, он называется асинхронным двигателем.

Трехфазный двигатель IM (асинхронный двигатель) в основном работает по принципу взаимной индукции (как и в случае с трансформатором). Основное различие между ними заключается в том, что трансформатор статичен по своей природе (у него нет движущихся частей), тогда как IM – динамический.

Точечный принцип

• Трехфазный источник переменного тока, подаваемый на IM, создает вращающееся магнитное поле постоянной амплитуды – RMF (чтобы узнать, как это происходит, погуглите «Создание вращающегося магнитного поля с использованием трехфазного источника питания»), которое вращается с синхронной скоростью относительно статора.
• Это поле перерезает проводники ротора (которые изначально неподвижны) и индуцирует ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея).
• ЭДС управляет током в проводниках ротора, поскольку они закорочены.
• Итак, теперь мы видим, что токопроводящие проводники ротора помещены в магнитное поле, следовательно, сила действует на каждый из этих проводников (см. Закон Лоренца).
• Сумма сил, действующих на все проводники, вызывает вращающий эффект на ротор (крутящий момент).
• Теперь вопрос на миллион долларов: “В каком направлении вращается ротор?”
• На этот вопрос легко ответить, если вы правильно понимаете закон Ленца. В нем говорится, что «следствие противостоит причине».
• В IM, причиной является «вращающееся магнитное поле, режущее проводники ротора или режущее действие магнитным потоком», а конечный эффект – «крутящий момент».
• Таким образом, чтобы эффект (крутящий момент) противодействовал причине (режущее действие потока), создаваемый крутящий момент заставляет ротор вращаться в том же направлении, что и RMF.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Ротор вращается с близкой к синхронной скоростью, но не с синхронной скоростью.

Принцип работы асинхронного двигателя

Двигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции, известен как асинхронный двигатель.Электромагнитная индукция – это явление, при котором электродвижущая сила индуцирует электрический проводник, когда он находится во вращающемся магнитном поле.

Статор и ротор – две важные части двигателя. Статор является неподвижной частью, и он несет перекрывающиеся обмотки, в то время как ротор несет основную обмотку или обмотку возбуждения. Обмотки статора равномерно смещены друг от друга на угол 120 °.

Асинхронный двигатель – это двигатель с одним возбуждением, т.е.е., питание подается только на одну часть, то есть на статор. Термин возбуждение означает процесс создания магнитного поля на частях двигателя.

Когда на статор подается трехфазное питание, на нем создается вращающееся магнитное поле. На рисунке ниже показано вращающееся магнитное поле, созданное в статоре.

Считайте, что вращающееся магнитное поле индуцирует против часовой стрелки. Вращающееся магнитное поле имеет подвижные полярности. Полярность магнитного поля меняется в зависимости от положительного и отрицательного полупериода питания.Изменение полярности заставляет магнитное поле вращаться.

Проводники ротора неподвижны. Этот неподвижный проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора, и из-за электромагнитной индукции в роторе индуцируется ЭДС. Эта ЭДС известна как ЭДС, индуцированная ротором, и возникает из-за явления электромагнитной индукции.

Проводники ротора закорачиваются либо концевыми кольцами, либо с помощью внешнего сопротивления.Относительное движение между вращающимся магнитным полем и проводником ротора индуцирует ток в проводниках ротора. Когда ток течет по проводнику, на нем наводится магнитный поток. Направление потока ротора такое же, как и направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока: один из-за ротора, а другой из-за статора. Эти потоки взаимодействуют друг с другом. На одном конце проводника потоки нейтрализуют друг друга, а на другом конце плотность потока очень высока.Таким образом, поток высокой плотности пытается подтолкнуть проводник ротора к области потока низкой плотности. Это явление вызывает крутящий момент на проводнике, и этот крутящий момент известен как электромагнитный крутящий момент.

Направление электромагнитного момента и вращающегося магнитного поля одинаковое. Таким образом, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

Скорость ротора всегда меньше вращающегося магнитного поля или синхронной скорости.Ротор пытается бежать со скоростью ротора, но всегда ускользает. Таким образом, двигатель никогда не работает со скоростью вращающегося магнитного поля, и по этой причине асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель.

Почему ротор никогда не работает с синхронной скоростью?

Если скорость ротора равна синхронной скорости, относительного движения между вращающимся магнитным полем статора и проводниками ротора не происходит. Таким образом, на проводнике не наводится ЭДС, и в нем возникает нулевой ток.Без тока крутящий момент также не создается.

По вышеуказанным причинам ротор никогда не вращается с синхронной скоростью. Скорость ротора всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля.

В качестве альтернативы принцип работы асинхронного двигателя также можно объяснить следующим образом.

Давайте разберемся в этом, рассмотрев единственный проводник на неподвижном роторе. Этот проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора.Учтите, что вращающееся магнитное поле вращается по часовой стрелке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике индуцируется ЭДС.

Когда цепь ротора замыкается внешним сопротивлением или концевым кольцом, ротор индуцирует ЭДС, которая вызывает ток в цепи. Направление индукционного тока ротора противоположно направлению вращающегося магнитного поля. Ток ротора индуцирует магнитный поток в роторе. Направление потока ротора такое же, как и у тока.

Взаимодействие потоков ротора и статора создает силу, которая действует на проводники ротора. Сила действует на ротор по касательной и, следовательно, вызывает крутящий момент. Крутящий момент толкает проводники ротора, и, таким образом, ротор начинает двигаться в направлении вращающегося магнитного поля. Ротор начинает движение без какой-либо дополнительной системы возбуждения, и по этой причине двигатель называется самозапускаемым.

Работа двигателя зависит от напряжения, индуцированного на роторе, поэтому он называется асинхронным двигателем.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Как работает трехфазный асинхронный двигатель? Короче говоря, он работает по принципу электромагнитной индукции. Когда на обмотки статора подается трехфазный переменный ток, между статором и ротором создается вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле разрезает обмотки ротора, создавая наведенную электродвижущую силу и ток в цепи ротора. Ток в проводнике ротора заставляет ротор вращаться под действием вращающегося магнитного поля.Ниже давайте подробно проанализируем генерацию вращающегося магнитного поля, его направление и скорость, а также скольжение.

Как создается вращающееся магнитное поле?
Для трехфазного асинхронного двигателя обмотки U / V / W с полностью одинаковой трехфазной структурой размещаются в сердечнике статора. Каждая фаза обмотки пространственно отличается друг от друга под электрическим углом 120 градусов, как показано ниже, а трехфазные обмотки питаются симметричным трехфазным переменным током, как показано на рисунках (b) и (c) ниже.В качестве примера возьмем двухполюсный асинхронный двигатель, чтобы проиллюстрировать расположение магнитного поля в пространстве как ток в разное время.
Как показано на рисунке (b) выше, предполагается, что, когда мгновенное значение тока положительно, он течет с первых концов каждой обмотки и вытекает из хвостовых концов. Напротив, когда ток имеет отрицательное значение.
Как показано на рисунке (c), когда ω _t = 0, i _u = 0, значение i _v отрицательное, а i _w положительное.Затем ток фазы V течет из V ₂ и вытекает из V ₁ , тогда как ток фазы W течет из W ₁ и из W ₂ . Согласно правилу правой руки Ампера, направление составного магнитного поля, создаваемого трехфазным током, может быть подтверждено в момент ωt = 0, как показано на рисунке (d) ① ниже. Можно видеть, что составное магнитное поле представляет собой пару полюсов, а направление магнитного поля согласуется с направлением продольной оси, то есть верхняя часть является северным полюсом, а нижняя – южным полюсом.
При ω _t = π / 2, после четверти цикла значение i _u изменяется от нуля до максимума, и ток течет с первого конца U ₁ и вытекает из конца U _2. Значение i _v все еще отрицательное, поэтому направление тока V-фазы такое же, как показано на рисунке ①. i _w также становится отрицательным, и, таким образом, ток W-фазы составляет W ₂ на входе и W ₁ на выходе. Направление составного магнитного поля показано на рисунке (d) ②, что направление магнитного поля вращается по часовой стрелке на 90 ° по сравнению с направлением, когда ω _t = 0.
Используя тот же аналитический метод, можно построить график магнитных полей, когда ω _t = π, ω _t = 2/3 * π и ωt = 2, как показано на (d) ③ ④ ⑤ соответственно. Из рисунка явно видно, что направление магнитного поля постепенно поворачивается по часовой стрелке, всего на 360 °, то есть цикл вращения.

Можно сделать следующий вывод: трехфазные обмотки размещены в статорах трехфазного двигателя переменного тока в той же конструкции, но в пространственном положении с разностью электрических углов 120 градусов друг от друга.Поскольку они отдельно питаются от трехфазного переменного тока, сложное магнитное поле, создаваемое между статором и ротором, вращается по внутренней окружности статора, которая называется вращающимся магнитным полем.

Направление вращающегося магнитного поля
На приведенном выше рисунке показано, что трехфазный переменный ток изменяется в последовательности фаз U-V-W, таким образом, генерируемое вращающееся магнитное поле вращается в пространстве по часовой стрелке. Если произвольно переключить последовательность фаз тока двух фазных обмоток двигателя, таких как U-W-V, практически доказано, что генерируемое вращающееся магнитное поле должно вращаться в направлении против часовой стрелки.В заключение, направление вращающегося магнитного поля зависит от последовательности фаз трехфазного источника питания переменного тока в обмотке. Пока чередование фаз двигателя произвольно переключается, направление вращающегося магнитного поля может быть изменено.

Скорость вращающегося магнитного поля и скольжение
Вышесказанное для иллюстрации основано на 2-полюсном двигателе. Если вы хотите получить 4-полюсное магнитное поле, количество катушек будет удвоено, как показано на рисунках (a) и (b) ниже.Согласно описанному выше аналитическому методу, диаграмма 4-полюсного вращающегося магнитного поля в пространстве показана на рисунке (c). Сравнивая скорость вращения магнитного поля на рисунке (c) со скоростью на рисунке (d), как упомянуто выше, нетрудно обнаружить, что скорость магнитного поля связана не только с частотой мощности, но и количество полюсов.

Следовательно, скорость вращающегося магнитного поля рассчитывается по формуле: n ₁ = 120f ₁ / P, где это:

• n ₁ – скорость вращающегося магнитного поля в об / мин
• f ₁ – частота трехфазной сети переменного тока в Герцах
• П – количество полюсов

Скорость вращения магнитного поля (n ₁ ) также известна как синхронная скорость.Скорость ротора трехфазного асинхронного двигателя (n) не будет увеличена до скорости вращающегося магнитного поля (n ₁ ). Только так будет происходить относительное движение между обмоткой и вращающимся магнитным полем, чтобы разрезать магнитные линии. Таким образом, индуцированная электродвижущая сила и ток могут генерироваться в проводнике обмотки ротора, а затем создавать электромагнитный момент, заставляющий ротор непрерывно вращаться вместе с направлением вращающегося магнитного поля. Можно видеть, что n n ₁ и n 1 , является необходимым условием для работы асинхронного двигателя, откуда происходит название «асинхронный двигатель».Разница между ними называется «скольжением», которое выражается отношением разницы к синхронной скорости: s = (n ₁ -n) / n _1.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель – это электромеханическое устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую. По источнику питания двигатели классифицируются как двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В этой статье мы кратко объясним принцип работы трехфазного асинхронного двигателя.

Двигатели переменного тока более полезны в промышленных приложениях. Из всех двигателей переменного тока трехфазный асинхронный двигатель является наиболее часто используемым двигателем. Потому что у него больше преимуществ, и он указан ниже.

• Конструкция асинхронного двигателя очень проста и надежна.
• Асинхронный двигатель – это самозапускающийся двигатель. Следовательно, для запуска не требуются дополнительные аксессуары.
• Работа асинхронного двигателя очень проста.
• Это очень дешево по сравнению с другими моторами.
• Требуется меньше обслуживания. И он может работать в любых условиях окружающей среды.
• Щетки не используются. Таким образом, уменьшается потеря щеток и искры в двигателе.
• КПД мотора очень хороший.
• Требуется только источник переменного тока. Он не требует источника постоянного тока для возбуждения, такого как двигатель постоянного тока или синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель состоит из двух частей;

Статор – статическая часть двигателя. Он состоит из нескольких слотов.Обмотка статора размещена внутри пазов статора. Обмотки статора смещены друг относительно друга на 120 °.

Асинхронный двигатель – это двигатель с одним возбуждением. Следовательно, ему нужен только один источник питания, и трехфазное питание переменного тока подается на обмотку статора.

Когда обмотка статора запитана от трехфазного источника питания, вращающееся магнитное поле индуцируется внутри проводников статора.

Ротор представляет собой многослойный цилиндрический сердечник с параллельными пазами. Обмотка ротора размещена внутри пазов ротора.По типу ротора асинхронный двигатель классифицируется как;

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• Асинхронный двигатель с контактным кольцом (Асинхронный двигатель с фазным ротором)

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Двигатель работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, ЭДС индуцируется в проводнике из-за скорости изменения магнитной связи через проводник.

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором стержни ротора закорочены концевыми кольцами, а в асинхронном двигателе с контактным кольцом обмотка ротора соединена с внешними резисторами.И это разрезало вращающееся магнитное поле статора.

По закону Фарадея в обмотке ротора наводится ЭДС. Ротор – замкнутый контур. Следовательно, из-за этой ЭДС через цепь ротора будет протекать ток. Этот ток известен как ток ротора.

Когда ток течет по проводнику ротора, на нем наводится магнитный поток. Направление потока ротора такое же, как направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока. Один поток индуцируется в статоре, а второй – в роторе.Вращающееся магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью. И поток ротора отстает от потока статора.

Относительное движение между потоком вращающегося статора и потоком ротора, поток ротора будет пытаться догнать поток статора. Согласно закону Ленца, ротор вращается в направлении магнитного потока статора, чтобы минимизировать относительное движение. И вот так ротор начинает вращаться.

Ток ротора, создаваемый наведенной ЭДС. Поэтому этот двигатель известен как асинхронный двигатель.

Ротор никогда не успевает поймать поток статора. Таким образом, ротор вращает немного меньше, чем скорость статора, и это синхронная скорость.

Если ротор вращается со скоростью синхронной скорости, относительное движение между статором и ротором равно нулю. Таким образом, в роторе не наведена ЭДС, и ток не будет протекать через проводники ротора. Следовательно, крутящий момент не будет создаваться.

В результате ротор не может вращаться с синхронной скоростью.Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора, известная как скольжение.

12,142 просмотров всего, 1 просмотров сегодня

Принцип работы и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Без сомнения, трехфазный асинхронный двигатель переменного тока является наиболее часто используемой электрической машиной в отрасли. Основными преимуществами асинхронных двигателей являются. Они проще в обслуживании, дешевле, имеют прочную конструкцию. Обычно асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.Статор – это неподвижная часть двигателя, а ротор – это вращающаяся часть этого двигателя.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Статорная часть этого двигателя образована высокопроницаемой стальной пластиной внутри рамы, которая строится из стали или чугуна. Внутри паза статора имеется несколько типов и конструкций обмоток.

Принцип работы асинхронного двигателя

Трехфазный переменный ток проходит через эту обмотку.Таким образом, внутри статора создается вращающееся магнитное поле (rmf) внутри этого двигателя.

Скорость вращения магнитного поля известна как синхронная скорость (Нс). Вращающееся магнитное поле статора индуцирует ток в роторной части асинхронного двигателя. Таким образом, ротор тоже получает вращение.

Это причина, по которой этот двигатель называется асинхронным. Электроэнергия двигателя индуцируется в роторе магнитной индукцией.

Для поддержки магнитной индукции внутрь ротора асинхронного двигателя вставлена ​​пластина с изолированным железным сердечником.За счет изолированного ламинарного сердечника уменьшается влияние вихревых токов.

Преимущество асинхронных двигателей

Еще одно главное преимущество трехфазных асинхронных двигателей перед другими двигателями заключается в том, что асинхронный двигатель является самозапускающимся двигателем. Его также можно использовать в большинстве промышленных приложений.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель?

Рассмотрим, когда скорость двигателя (ротора) совпадает с магнитной скоростью статора. Тогда во вращающемся контуре всегда будет одно и то же постоянное магнитное поле из-за отсутствия наведенной ЭДС или тока.

Это приводит к нулевому усилию на стороне ротора асинхронного двигателя. По этой причине ротор будет постепенно замедляться, и из-за этого замедления в контуре ротора возникла разница в магнитном поле.

Итак, индуцированный ток снова возрастет, а затем ротор снова ускорится. Из-за этого ротор не может догнать скорость магнитного поля или синхронную скорость двигателя.

В любом случае ротор вращается со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость асинхронного двигателя.Эта разница между синхронной скоростью и скоростью ротора называется скольжением (S).

Потери энергии во время работы двигателя рассеиваются в виде тепловой энергии. Обычно на другом конце асинхронного двигателя есть вентилятор для охлаждения этого двигателя.

Надеемся, что вы хорошо разбираетесь в принципах работы и принципах работы трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.

Конструкция и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель:

Трехфазные асинхронные двигатели – наиболее широко используемые электродвигатели в отрасли.Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко адаптировать для управления скоростью. Обычно мы предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Тем не менее, трехфазные асинхронные двигатели просты, надежны, дешевы, просты в обслуживании и могут быть изготовлены с характеристиками, соответствующими большинству промышленных требований. В этом разделе мы обсудим принцип работы трехфазной индукции . моторы .

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор. Статор имеет трехфазную обмотку (называемую обмоткой статора), а ротор имеет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора). Только обмотка статора питается от трехфазного источника питания. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора, находящейся под внешним напряжением, посредством электромагнитной индукции, отсюда и название.

Асинхронный двигатель может рассматриваться как трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой и, следовательно, может быть описан как машина переменного тока «трансформаторного типа», в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя:

На рисунке 8.1 показана конструкция трехфазного асинхронного двигателя . Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей (i) статора и (ii) ротора. Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором, который колеблется от 0.От 4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности двигателя.

РИС. (8.1)

Он состоит из стальной рамы, в которой заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. На внутренней периферии пластин имеется ряд равномерно расположенных пазов (см. Рис. (8.1)]. Изоляция соединена для образования симметричной трехфазной звезды или треугольника, соединенной в цепи.

3-фазная обмотка статора намотана на определенное количество полюсов в соответствии с требованиями к скорости. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот. Когда на статор подается 3-фазное питание. В обмотке создается вращающееся магнитное поле (см. раздел 8.3) постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии.Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

(i) Тип беличьей клетки (ii) Тип раны

(i) Ротор с короткозамкнутым ротором: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями на его внешней периферии. В каждый прорезь помещается медный или алюминиевый стержень. Все эти стержни соединены на каждом конце металлическими кольцами, называемыми концевыми кольцами.

Это формирует неразрывную короткозамкнутую обмотку.Вся конструкция (стержни и концевые кольца) напоминает беличью клетку, отсюда и название. Ротор не подключен к источнику питания электрически, но в нем есть ток, индуцированный действием трансформатора от статора.

Эти асинхронные двигатели , в которых используется ротор с короткозамкнутым ротором, называются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. В большинстве трехфазных асинхронных двигателей используется ротор с короткозамкнутым ротором, поскольку он имеет чрезвычайно простую и прочную конструкцию, позволяющую работать в самых неблагоприятных условиях.

Однако он страдает недостатком низкого пускового момента, так как стержни ротора постоянно закорочены, и невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в цепь ротора для получения большого пускового момента.

(ii) Ротор с обмоткой: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника и имеет 3-фазную обмотку , аналогичную обмотке статора [см. Рис.(8.3)]. Обмотка ротора равномерно распределена в пазах и обычно соединена звездой. Открытые концы обмотки ротора выведены и соединены с тремя изолированными контактными кольцами, установленными на валу ротора, с одной щеткой, опирающейся на каждый контакт. звенеть.

Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, как показано на рис. (8.4). При запуске внешние сопротивления включаются в цепь ротора, чтобы обеспечить большой пусковой крутящий момент. Эти сопротивления постепенно уменьшаются до нуля. когда двигатель набирает скорость.

Внешние сопротивления используются только во время пуска. Когда двигатель достигает нормальной скорости, три щетки замыкаются накоротко, так что намотанный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя:

Скорость вращения магнитного поля:

Скорость вращения вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью (Нс).Ссылаясь на рис. (8.6 (ii)), момент времени 4 представляет собой завершение четверти цикла переменного тока Ix с момента времени 1. В течение этого четверти цикла поле повернулось на 90 °. В момент времени, представленный 13 или одним полным циклом тока Ix от начала координат, поле совершило один оборот.

Следовательно, для 2-полюсной обмотки статора поле совершает один оборот за один цикл тока. В 4-полюсной обмотке статора можно показать, что вращающееся поле совершает один оборот за два цикла тока.В общем, если полюса P, вращающееся поле совершает один оборот в P / 2 цикла тока.

Скорость вращающегося магнитного поля такая же, как и скорость генератора переменного тока, который подает мощность на двигатель, если они имеют одинаковое количество полюсов, поэтому считается, что магнитный поток вращается с синхронной скоростью.

Трехфазный асинхронный двигатель Преимущества:

(i) Он имеет простую и прочную конструкцию.(ii) Это относительно дешево. (iii) Он не требует значительного обслуживания. (iv) Он имеет высокий КПД и достаточно хороший коэффициент мощности.

(v) Он имеет самозапускающийся крутящий момент.

Трехфазный асинхронный двигатель Недостатки:

(i) По сути, это двигатель с постоянной скоростью, и его скорость не может быть изменена

(ii) Его пусковой крутящий момент уступает шунтирующему двигателю постоянного тока.

Заключение:
Вы узнали о конструкции и принципах работы трехфазного асинхронного двигателя .Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте комментарий ниже.

.