Недостатки асинхронного двигателя: Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

Основными потребителями мировой электроэнергии (более 60% – 65%) являются электромеханические системы – электроприводы, работающие в различных промышленных, транспортных и бытовых механизмах и агрегатах. Асинхронный двигатель является наиболее широко применяемым среди всех типов электродвигателей. Двигатели специальной конструкции, построенные на базе асинхронного двигателя, характеризуются техническими параметрами, влияющими на их рабочие характеристики и адаптирующими их к различным требованиям и назначениям. Среди асинхронных двигателей специальной конструкции можно выделить следующие: многоскоростные двигатели – частота вращения двигателя изменяется изменением количества пар полюсов вращающегося магнитного поля; двигатели с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом – используются для привода устройств с большим моментом инерции; моторы крановые – адаптированы к различным видам работ, используются для привода кранов и других подъемных устройств; двигатели с тормозом – используются в приводах, требующих быстрой остановки после рабочего цикла или после аварийного отключения питания; двигатели с повышенным скольжением – используются для привода механизмов с большой инерционностью, а также механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме; взрывозащищенные двигатели и т. д.

В бытовых электроприборах применяются однофазные электродвигатели с рабочим напряжением 220 вольт. Очень часто таким двигателем является однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Преимущества асинхронных электродвигателей

• Самым главным преимуществом асинхронного двигателя является то, что его конструкция довольно проста. По сравнению с электродвигателем постоянного тока, асинхронный электродвигатель не имеет щеток и поэтому требует минимального технического обслуживания. Не требуется замена щеток, и нет угольной пыли от этих самых щеток, которая быстро засоряет электродвигатель. По этой же причине стоимость двигателя довольно низкая.
• Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не требуются дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Необходимо обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет функционировать.
• Работа двигателя не сильно зависит от состояния окружающей среды. Но и для экстремальных условий выпускается большое количество специализированных модификаций асинхронных электродвигателей.
• В двигателе нет искр из-за отсутствия щеток. 
• Асинхронный двигатель – это высокоэффективная машина с КПД при полной нагрузке от 85 до 97 процентов.

Недостатки асинхронных двигателей

• Регулировать скорость асинхронного двигателя очень сложно. Это связано с тем, что трехфазный асинхронный двигатель является двигателем с постоянной скоростью и для всего диапазона нагрузок изменение скорости двигателя очень мало. Существуют различные типы устройств, позволяющих регулировать скорость мотора, которые не только расширяют диапазон применения двигателя, но и экономят электроэнергию. Типичными примерами экономии энергии за счет замены нерегулируемых приводов на регулируемые являются такие механизмы, как: насосы – 25%, вентиляторы – 30%, компрессоры – 40% и центрифуги – 50%.
• Во время прямого пуска, который заключается в подаче на двигатель номинального напряжения номинальной частоты, возникают неблагоприятные условия, такие как высокое потребление тока и низкий пусковой момент. 
• Высокая инерция ротора – двигатель может не справиться с началом вращения тяжелых приводных агрегатов.

На данный момент существует множество механических и электронных устройств, повышающих эффективность электромоторов и позволяющих максимально нивелировать недостатки асинхронных электродвигателей. 

 

преимущества и недостатки, формулы расчета

Пример HTML-страницы

Основные преимущества использования асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором заключаются в следующем.

1. АД допускают прямой пуск от полного напряжения питающей сети без всякой пускорегулирующей аппаратуры при коэффициентах загрузки, близких к единице.
2. Успешный самозапуск группы асинхронных электродвигателей одной или нескольких питающих секций после кратковременного обесточивания и последующего восстановления питания в результате действия станционной автоматики.

При этом АД имеют недостатки, перечисленные ниже:

1. Вследствие больших пусковых токов в элементах системы электроснабжения возникают значительные падения напряжения, и групповой самозапуск происходит при пониженных напряжениях на секциях СН.
2. Синхронная частота вращения асинхронных электродвигателей не может превышать 3000 об/мин. Для получения более высоких скоростей необходимо использовать повышающий редуктор или турбопривод.
3. Усложнено регулирование производительности механизмов СН, приводимых во вращение асинхронными электродвигателями.
   

   Для регулирования производительности используются 2-скоростные АД, статический преобразователь частоты регулируемый (СПЧР), асинхронный вентильный каскад (АВК), что существенно увеличивает стоимость электропривода.

4. При возникновении короткого замыкания вблизи шин с работающими двигателями, появляется значительная, но быстро затухающая подпитка тока от АД .
5. АД чувствительны к кратковременным перерывам питания из-за особенностей характеристик .
6. Электромагнитный момент асинхронных электродвигателей обладает квадратичной зависимостью от напряжения Ме = U2 – из-за высоких кратностей пускового тока при пониженном напряжении статора –, даже при номинальных значениях напряжения и частоты в энергосистеме.
7. Изменение электромагнитных моментов асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором происходит при изменении не только напряжения, но и частоты от номинального значения.

Интересное видео о работе асинхронного электропривода смотрите ниже:

Если не только напряжение, но и частота отличаются от номинальных, то механические характеристики АД приобретают более сложный характер. В этих условиях кратность максимального (КМ*) и пускового (КП*) моментов могут быть определены на основе зависимостей (7. 12).

Следует учитывать, что индукция на участках магнитопровода асинхронных электродвигателей подчиняется зависимости:

Поэтому при частотном регулировании и при использовании энергии выбега необходимо согласованное изменение U* и f*. Из формул для КМ*, КП* видно, что выигрыш в Ме можно реализовать лишь при больших скольжениях (начало пуска).

При использовании электропривода механизмов собственных нужд, основные недостатки проявляются в наибольшей степени для механизмов с большой долей противодавления, т.е. прежде всего для питательных электронасосов. Для этих насосов снижение производительности до нуля происходит при снижении частоты вращения до значения nкл, повышающегося от значения nкл = 0,81 до значения nкл = 0,95 для блоков СКД. Для устранения зависимости подачи ПН от частоты и напряжения в энергосистеме используют турбопривод ПН на блоках СКД.

Ещё одно интересное видео о принципе работы асинхронного электропривода: