Асинхронный двигатель: принцип работы, особенности конструкции

Асинхронный двигатель: принцип работы, особенности конструкции

Асинхронный двигатель – это двигатель переменного тока, частота вращения которого не равна частоте напряжения в обмотке статора. Эти двигатели широко используются, поскольку они очень долговечны. Асинхронные однофазные и трехфазные двигатели могут работать под большими нагрузками в течение длительного времени, не перегреваясь и сохраняя свой крутящий момент. Эксплуатация асинхронных двигателей проста, но их характеристики напрямую зависят от параметров обмоток и технологии их монтажа.

ВКонтакте Facebook Twitter Google+ Контент Minecraft:

Область применения

Асинхронные двигатели нашли широкое применение в качестве тяговых, вторичных и других силовых агрегатов. Учитывая его конструктивные особенности, отсутствие скользящих контактов значительно упрощает эксплуатацию этого двигателя. При этом, если говорить о простом режиме работы на постоянной частоте, то схема подключения не требует сложной аппаратуры управления. Кроме того, поскольку внутреннее пространство и обмотки не загрязнены графитом, срок службы до использования увеличивается.

Асинхронные двигатели используются во многих областях:

• Системы вентиляции. Двигатели с короткозамкнутым ротором часто используются в качестве вентиляторов из-за их долговечности и простоты эксплуатации. Они способны выдерживать длительную работу на максимальных скоростях, обеспечивая интенсивный обдув пользователей или технологического оборудования.
• Конвейеры. Благодаря высокому крутящему моменту и способности сохранять работу под нагрузкой асинхронные двигатели стали идеальными для управления движущимися производственными линиями.
• Сервосистемы и приводы. Асинхронные двигатели особенно часто используются в системах привода технического оборудования. Но для организации управления такими двигателями необходимы специальные схемы подключения и блоки регулирования частоты, а роторы асинхронных двигателей оснащены неодимовыми магнитами. Такие двигатели рассчитаны на работу на частотах до 400 Гц.
• Домашнее поле. С таким двигателем можно изготовить разнообразные рабочие устройства для дома или небольшой мастерской: вентиляторы, регулируемые заслонки, циркулярные пилы, фуговальные станки и другое оборудование.

Разновидности моторов

В зависимости от типа питающей сети асинхронные двигатели подразделяются на:

1. три фазы. Обмотка асинхронного двигателя этого типа состоит из 3-х катушек, специально размещенных в пазах статора. Они предназначены для промышленного применения из-за их высокого КПД и cosφ, близкого к 1, а для обеспечения дополнительной экономии используются совместно с системой рекуперации энергии при торможении, действующей как генератор.
2. Однофазный асинхронный двигатель. Его используют в быту и промышленности: старые стиральные машины, бытовые вентиляторы, холодильное и другие виды техники. Их КПД и мощность ниже по сравнению с трехфазными из-за отсутствия дополнительных фаз, что приводит к потерям в статоре.

Устройство асинхронного двигателя

Конструкция асинхронного двигателя очень проста:

• Статор является неподвижной частью двигателя и оснащен обмотками возбуждения.
• Ротор является вращающимся элементом двигателя и вращается под воздействием магнитного поля, создаваемого обмотками возбуждения на статоре. По конструкции ротора различают два типа двигателей: двигатели с короткозамкнутым ротором и фазные двигатели.
• Фланец является статическим компонентом двигателя, включающим опорный подшипник, поддерживающий ротор, а также крепеж статора. Он зажат между двумя крышками фланцев соединительными болтами. Или они прикручены к корпусу статора.
• Клеммная коробка является частью статической конструкции двигателя, в которую выходят концы обмоток статора. Через него двигатель подключается к цепи управления.
• Крыльчатка и ограждение – используются для обеспечения принудительной вентиляции, ограждение защитит оператора от травм.
• Дополнительная служебная обмотка. При необходимости наряду с обмоткой возбуждения на статоре может быть сконструирована дополнительная обмотка для контроля и измерения рабочих параметров двигателя во время работы.
• Термодатчики – Промышленные асинхронные двигатели помимо обмоток имеют датчики температуры для контроля перегрева в случае резкого увеличения тока потребления.

Дополнительно двигатель может быть оснащен плоской коробкой передач и встроен в единый корпус. В основном это агрегаты промышленного типа, используемые для машин, конвейеров и других видов оборудования.

Читайте также статью: Как ввести пароль на вк

Особенности устройства каждого из элементов

Статор асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, изготовленный из листов специальной электротехнической стали толщиной до 0,5 мм и покрытый лаком. Цилиндр является сердечником, внутри имеются пазы для обмоток. Смещение составляет 120 градусов в трехфазных обмотках и 90 градусов в однофазных. Обмотки можно укладывать различными способами в зависимости от схемы их подключения и требований эксплуатации. От этого зависят такие показатели, как крутящий момент и мощность на валу. А если количество магнитных полюсов превышает 2 пары, то его можно использовать в сервосистеме управления приводным механизмом.

Статор запрессован в корпус или расположен между фланцами. Корпус и боковые крышки изготовлены из чугуна или алюминиевого сплава. Они имеют ребра, которые увеличивают площадь и повышают эффективность отвода тепла во время работы. Этот агрегат позволяет улучшить охлаждение двигателя, обеспечивая длительную работу при экстремальных нагрузках.

Униполярная обмотка этого двигателя состоит из 3 катушек. Каждый из них называется сценой. Для достижения необходимых рабочих параметров двигателя обмотки размещаются в противоположных пазах сердечника. Катушки соединяются между собой особым образом согласно схеме подключения и предполагаемым характеристикам, обеспечивающим возбуждение магнитного поля и необходимый при вращении крутящий момент.

Все концы датчиков выведены в клеммную коробку, что позволяет подключать их звездой или треугольником, в зависимости от схемы подключения системы управления и электропитания. Универсальный для трехфазных двигателей; при необходимости можно подключить однофазный источник питания с переменным напряжением. При соединении обмоток в треугольник напряжение обмотки равно линейному Uф, а при соединении звездой – √3Uф.

Ротор

Ротор асинхронного двигателя представляет собой вал, на котором закреплен железный сердечник из листов электротехнической стали. Будь то трехфазный или однофазный двигатель, конструкция ротора практически одинакова. В качестве обмоток для обычных асинхронных двигателей с рабочей частотой 50 Гц применяют медные или алюминиевые провода большой толщины или стержни, соединенные между собой замкнутыми кольцами на концах.

Чтобы обмотка прочно закрепилась в сердечнике, обмотку нужно запрессовать в специальные пазы. Торцевые кольца могут быть оснащены вентиляционными лопатками, предназначенными для увеличения интенсивности охлаждения внутреннего пространства. Вал установлен на подшипниках, которые запрессованы во фланцы или пластины, закрепленные на раме, в зависимости от оборудования.

Между валом и статором имеется зазор, размер которого зависит от пусковых параметров двигателя. Если требуются повышенная мощность и крутящий момент, они должны быть как можно меньшими. С увеличением мощности возрастают и дополнительные потери в верхних слоях статора и ротора.

Принцип работы

Принцип работы асинхронного двигателя очень прост. В его основе лежат два физических явления:

Видео: Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя

1. При подаче напряжения на обмотки статора в двигателе возникает вращающееся магнитное поле.
2. Магнитное поле влияет на ток, индуцируемый в роторе. Это создает крутящий момент, который заставляет вал двигателя вращаться относительно магнитных полюсов.

Каждый раз, когда вал вращается, магнитный полюс меняет полярность в зависимости от частоты сети. Следовательно, напряжение обмотки статора имеет стандартную частоту, а частота вращения зависит от:

• нагрузка на ось;
• полярные пары;
• Характеристики обмоток статора.

Маркировка электродвигателя

Для упрощения процесса подключения и выбора цепей асинхронных трехфазных двигателей каждая цепь имеет соответствующую маркировку. Он определяет следующие характеристики:

• Крутящий момент;
• сила;
• максимальная скорость;
• косинусφ.

В шифровальном знаке также указывается тип двигателя и количество полюсов. Эти факторы необходимо учитывать при выборе двигателя для удовлетворения конкретных потребностей. Для облегчения процесса подключения все концы собираются в клеммную коробку и маркируются в клеммной коробке следующим образом:

Если двигатель подключен к сети 380В и напряжение линейной обмотки составляет 220В, схема его обмотки должна быть треугольником. А вот если двигатель подключен к стандартной сети 380В, то схема обмотки должна быть звездообразной.

Скольжение

при рассмотрении принципа работы асинхронного двигателя используется понятие скольжения, и этот параметр обозначается буквой «с». Это вызвано разницей в скорости вращения магнитного поля статора и фактической скорости ротора. Причем первый показатель на порядок больше. Следовательно, чем больше разница, тем сильнее проскальзывание.

Скольжение помогает объяснить, как это работает. Из-за отставания скорости ротора относительно магнитного поля статора в короткозамкнутом роторе наводится электродвижущая сила. Но если магнитное поле вращается с частотой электродвижущей силы в роторе, фактического вращения не происходит.

Скольжение — это относительная величина, измеряемая в %. И он становится больше по мере увеличения нагрузки на вал двигателя.

Двигателя с фазным ротором

Когда дело доходит до двигателей с фазным ротором, схема немного другая. Также имеются 3 обмотки, которые соединены звездой и их начальные точки выходят на питающее кольцо. Сравнивая два двигателя с короткозамкнутым ротором и фазным ротором, второй двигатель создает крутящий момент сразу же при высокой нагрузке. Этот тип двигателя используется в системах, где необходимо создать мощный приводной агрегат с высокой тяговой силой. Кроме того, таким двигателем удобнее управлять через регулятор частоты.

Недостатки асинхронных электродвигателей

В стандартном исполнении без магнитов на роторе асинхронный двигатель имеет меньшую мощность. Они не могут мгновенно обеспечить высокий крутящий момент. А для их запуска требуется большое количество электроэнергии, которое может превышать максимально допустимые параметры энергосистемы. Поэтому их необходимо запускать без нагрузки. Кроме того, асинхронные двигатели являются мощными источниками электромагнитных помех и могут вызывать сбои в работе другого расположенного поблизости оборудования. Чтобы снизить их воздействие, необходимо обеспечить качественное заземление и обязательное экранирование.

Видео: АСИНХРОННЫЙ двигатель, принцип работы и строение, простыми словами. (ТРЕХФАЗНЫЙ).

Видео: Как работает асинхронный двигатель?

Читайте также статью: Какие услуги предоставляет нотариус, почему их использование может быть полезным для вас