Трёхфазный асинхронный электродвигатель: принцип работы, преимущества и недостатки

Принцип действия асинхронного двигателя

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 = Uс 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.

Принцип работы трёхфазного двигателя

Электродвигателем называется такое электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. При использовании трёхфазной системы переменного тока, наиболее широко используется трёхфазный асинхронный двигатель, так как этот тип двигателя не требует в большинстве случаев пускового устройства. Большинство трёхфазных асинхронных двигателей запускается в работу с помощью прямого пуска с использованием коммутационных аппаратов.

Для лучшего понимания принципа работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо знать его основные конструкционные особенности.

Этот двигатель состоит из двух основных частей, неподвижной части – статора, и вращающейся части – ротора.

Статор трёхфазного асинхронного двигателя имеет слоты (пазы), в которых размещаются обмотки на каждую фазу. Трёхфазная обмотка расположена таким образом, чтобы быть способной создать вращающееся магнитное поле при протекании по обмоткам переменного тока (AC) от трёх источников питания.

Ротор трёхфазного асинхронного двигателя состоит из цилиндрического ламинированного сердечника имеющего параллельные пазы на периферии. В этих пазах расположены проводники, которые замкнуты на конечных кольцах с торцов ротора. Эти проводники в виде стержней образуют короткозамкнутую обмотку ротора типа «беличья клетка».

Проводники на роторе выполнены обычно из алюминия, а также могут быть сделаны из меди или латуни. Пазы для проводников немного повёрнуты на поверхности ротора, поэтому они расположены под некоторым углом к валу ротора. Такое расположение позволяет уменьшить магнитное сцепление в момент пуска двигателя, а также сделать работу двигателя плавной, без рывков и пробуксовки.

Как работает трёхфазный асинхронный двигатель?

Прежде всего, для работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо создать вращающееся магнитное поле.

Создание вращающегося магнитного поля

Обмотки, которые расположены на статоре, равномерно смещены на 120 градусов относительно друг друга. Обмотка каждой фазы смещена относительно двух других на угол 120 градусов, то есть по обе стороны через 120 градусов расположены соседние фазы. Статор представляет собой полый цилиндр, который в сечении представляет собой кольцо. Внутри такого цилиндра расположен ротор. Три источника тока, отличатся друг от друга фазовым сдвигом. Этот сдвиг также составляет 120 градусов. В итоге, при прохождении трёхфазного переменного тока в обмотках статора, внутри статора образуется вращающееся магнитное поле.

В чем секрет создания вращения магнитного поля? Так как ток переменный, то создаваемое каждой фазой магнитное поле будет также переменным. Магнитный поток, который порождается прохождением тока в каждой обмотке, будет изменяться во времени точно также как породивший его ток. В то время когда один магнитный поток от первой фазы будет возрастать по величине, магнитный поток от второй фазы достигнет своего максимального значения и начнёт убывать по величине, магнитный поток от третьей фазы будет всё более уменьшаться, пока не достигнет своего минимального значения.

Магнитный поток переменного синусоидального тока любой из фаз изменяется по величине и направлению, тем самым чередуясь и пульсируя. Там где ранее был северный магнитный полюс, становится южный, а там где был южный полюс, там на его месте образуется северный полюс. Магнитное поле как бы пульсирует, но не вращается. Если пространственно равномерно по окружности расположить три катушки (соленоиды) так, чтобы их сердечники были направлены к центру окружности, а затем соединить в один общий магнитопровод наружные концы соленоидов (катушек), то мы получим прототип статора трёхфазного асинхронного двигателя. Подключив каждую катушку к источнику переменного тока, а именно к трём разным фазам, которые сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов, мы получим не пульсирующее, а вращающееся магнитное поле.

По той причине, что магнитопровод будет общим, пульсирующие магнитные потоки от каждой катушки будут складываться с учётом направления и величины, тем самым образуя вращающийся вектор магнитного потока. Это удивительно, потому как статор неподвижен, но представляет собой магнит, поле такого магнита вращается, но статор остаётся неподвижен.

Читайте также:  Виды и назначение электромагнитного реле, устройство и принцип работы, преимущества и недостатки

Как же преобразуется в дальнейшем электрическая энергия в механическую энергию? Если в статор, по обмоткам которого протекает трёхфазный ток и, соответственно, внутри него сосредоточено вращающееся магнитное поле, внести металлический предмет, то на него будет действовать механическая сила, которая будет пытаться этот предмет выкинуть из поля статора.

Как такое происходит? Магнитный поток статора индуцирует в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя ЭДС, так как цепь ротора замкнута, то по ней будет протекать электрический ток, который создаст второй магнитный поток – поток ротора. Взаимодействие двух встречных потоков ротора и статора создаст крутящий момент на роторе, и он начнёт вращаться. В соответствии с законом Ленца, ротор будет вращаться в том направлении, которое позволяет уменьшить магнитный поток статора.

Следует заметить, что принцип работы асинхронного двигателя не допускает синхронной скорости ротора с магнитным полем статора. В этом случае исчезнет ЭДС индукции в роторе, и ротор начнёт останавливаться. Синхронизация не достижима для асинхронного электродвигателя, скорость ротора в двигательном режиме может быть меньше скорости вращения магнитного поля.

Если ротору придать дополнительный крутящий момент от внешнего механического источника, так, чтобы его скорость стала больше чем скорость вращающегося магнитного поля статора, тогда электрическая машина перейдёт в генераторный режим работы, при котором происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию.

Разница скоростей между статором и ротором позволяет говорить о таком явлении как скольжение ротора в магнитном поле статора. Необходимо помнить, что асинхронная электрическая машина переменного тока – это обратимая машина, которая может работать как в генераторном, так и двигательном режимах.

Однофазные и трёхфазные асинхронные двигатели

Доброго времени, уважаемые читатели моего блога nasos-pump.ru

В рубрике «Общее» рассмотрим область применения, сравнительные характеристики, преимущества и недостатки трехфазных и однофазных асинхронных двигателей. Мы рассмотрим также возможность подключения трехфазного двигателя в сеть питания 220 вольт. Асинхронные двигатели в наше время широко применяются в различных сферах промышленности и сельского хозяйства. Они используются как электропривода в металлорежущих станках, транспортёрах, подъёмно-транспортных машинах, вентиляторах, насосном оборудовании и т. д. Двигатели малой мощности применяются в устройствах автоматики. Столь широкое применение электрических асинхронных двигателей объясняется их преимуществами по сравнению с другими типами двигателей.

Асинхронные двигатели, по виду питающего напряжения, бывают однофазные и трехфазные. Однофазные в основном используются до мощности 2,2 кВт. Это ограничение по мощности связано из-за слишком больших пусковых и рабочих токов. Принцип работы однофазных асинхронных двигателей такой же, как и у трёхфазных. С единственной разницей у однофазных двигателей более низкий пусковой момент.

Принцип работы и схемы подключения трехфазных двигателей

Мы знаем, что электрический двигатель состоит из двух основных элементов статора и ротора. Статор – это неподвижная часть двигателя, а ротор является его подвижной частью. Трехфазные асинхронные двигатели имеют три обмотки, которые располагаются относительно друг друга под углом 120°.Когда на обмотки подать переменное напряжение, в статоре создается вращающееся магнитное поле. Переменным током называется: ток, который периодически изменяет свое направление в электрической цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю. (Рис 1).

Переменный электрический ток

Фазы на рисунке изображены в виде синусоид. Вращающееся магнитное поле статора формирует вращающий магнитный поток. Так как вращающееся магнитное поле статора движется быстрее ротора, то оно под действием индукционных токов образующихся в обмотках ротора, создает магнитное поле ротора. Магнитные поля статора и ротора формируют свои магнитные потоки, эти потоки притягиваются друг к другу и создают вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Более подробно о принципе работы трехфазных двигателей можно посмотреть здесь.

В клеммой колодке у трехфазных двигателей может быть от трех до шести клемм. На эти клеммы выведены либо начало обмоток (3 клеммы), либо начало и окончание обмоток (6 клемм). Начало обмоток принято обозначать латинскими буквами U1, V1 и W1, окончания обозначаются соответственно U2, V2 и W2. В отечественных двигателях обмотки обозначаются С1, С2, С3 и С4, С5, С6 соответственно. Кроме того в клеммой коробке могут быть еще и дополнительные клеммы на которые выводятся встраиваемая в обмотки тепловая защита. Для двигателей, которые имеют шесть клемм, существует два варианта подключения обмоток в трехфазную сеть: «звезда» и «треугольник» (Рис. 2).

Подсоединение звезда, треугольник

Подключение по схеме «звезда» (Y) можно получить, если замкнуть между собой клеммы W2, U2 и V2, а на клеммы W1, U1 и V1 подать напряжение питающей сети. При таком подсоединении ток фаз равен току сети, а напряжение фаз равно напряжению сети разделенное на корень из трех.Подключение по схеме «звезда» (Y) можно получить, если замкнуть между собой клеммы W2, U2 и V2, а на клеммы W1, U1 и V1 подать напряжение питания. При таком подсоединении ток фаз равен току сети, а напряжение фаз равно напряжению сети разделенное на корень из трех.Подключение по схеме «треугольник» (∆) можно получить, подсоединив попарно перемычками клеммы U1 – W2, V1 – U2, W1 – V2 и подать на перемычки напряжение питания. При таком подсоединении ток фаз равен току питающей сети, разделенному на корень из трех, а напряжение фаз равно напряжению сети.При помощи данных схем можно подключить трехфазный асинхронный двигатель на два напряжения. Если посмотреть на фирменную табличку трехфазного двигателя, то там указаны рабочие напряжения, при, которых работает данный электродвигатель (Рис. 3).

Фирменная табличка на трехфазном двигателе

Например, 220-240/380-415: двигатель работает на напряжении 220 вольт при соединении его обмоток в «треугольник» и 380 вольт при соединении обмоток в «звезду». На более низкие напряжения, обмотки статора всегда подсоединяется в «треугольник». На более высокое напряжение обмотки подсоединяются в «звезду». Потребляемый ток при подключении двигателя в «треугольник» равен 5,9 ампер, при подключении в «звезду» ток равен 3,4 ампера. Чтобы изменить направление вращения трехфазного асинхронного двигателя достаточно поменять местами любых два провода на клеммах.

Принцип работы и схема подключения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные электродвигатели имеют две обмотки, которые расположены под углом 90° в отношении друг к другу. Одна обмотка называется основной, а вторая – пусковой или вспомогательной. В зависимости от количества полюсов каждая обмотка может разделиться не несколько секций. Между однофазными и трехфазными двигателями существуют различия. У однофазного двигателя происходит смена полюсов при каждом цикле, а у трехфазного бегущее магнитное поле. Однофазный электродвигатель нельзя запустить в работу самостоятельно. Для его запуска используются различные способы: пуск через конденсатор и работа через обмотку, пуск через конденсатор и работа через конденсатор, с постоянной пусковой емкостью, с реостатным пуском. Наибольшее распространение нашли однофазные, эклектические двигатели, оснащенные рабочим конденсатором, постоянно подключенным и подсоединенным последовательно с пусковой (вспомогательной) обмоткой. Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения. Как подключены обмотки в однофазном двигателе, можно посмотреть на (Рис. 4)

Схема однофазного двигателя

Для однофазных асинхронных двигателей существуют некоторые ограничения. Они ни в коем случае не должны работать при малых нагрузках и в режиме холостого хода, так как происходит перегрев двигателя. По той же причине не рекомендуется эксплуатировать двигатели при нагрузке меньше 25% от полной нагрузки.

На (Рис. 5) изображена фирменная табличка с характеристиками двигателя, который применяется в насосе фирмы Pedrollo. На ней находится вся необходимая информация о двигателе и насосе. Характеристики насоса мы рассматривать не будем.

Фирменная табличка однофазного двигателя

Из заводской таблички видно, что это однофазный двигатель и рассчитан он на подключение в сеть с напряжением 220-230 вольт переменного тока, частотой 50 герц. Количество оборотов 2900 в минуту. Мощность этого двигателя составляет 0,75 кВт или одна лошадиная сила (НР). Номинальный потребляемый ток 4 ампера. Емкость конденсатора для данного двигателя составляет 20 микрофарад. Конденсатор должен быть с рабочим напряжением 450 вольт.

Преимущества и недостатки трехфазных двигателей

К преимуществам асинхронных трехфазных двигателей можно отнести:

  • низкая цена, по сравнению с коллекторными двигателями;
  • высокая надёжность;
  • простота конструкции;
  • длительный срок эксплуатации;
  • работают непосредственно от сети переменного тока.

К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести:

  • чувствительность к изменениям питающего напряжения;
  • пусковой ток при включении в сеть довольно высок;
  • низкий коэффициент мощности, при малых нагрузках и на холостом ходу;
  • для плавной регулировки частоты вращения необходимо применять частотные преобразователи;
  • потребляет реактивную мощность, очень часто при применении асинхронных двигателей в связи с нехваткой мощности могут возникать проблемы с питающим напряжением.

Преимущества и недостатки однофазных двигателей

К преимуществам однофазных асинхронных двигателей можно отнести:

  • невысокая стоимость;
  • простота конструкции;
  • длительный срок эксплуатации;
  • высокая надежность;
  • работа от сети переменного тока 220 вольт без преобразователей;
  • низкий уровень шума по сравнению с коллекторными двигателями.

К недостаткам однофазных асинхронных двигателей следует отнести:

  • очень высокие пусковые токи;
  • большие габариты и вес;
  • ограниченный диапазон по мощности;
  • чувствительность к изменениям питающего напряжения;
  • при плавной регулировке частоты вращения необходимо применять частотные преобразователи (в продаже имеются частотные преобразователи для однофазных двигателей).
  • нельзя использовать в режимах малой нагрузки и холостого хода.

Несмотря на многочисленные недостатки и благодаря многим преимуществам асинхронные двигатели успешно работают в различных областях промышленности, сельского хозяйства и быта. Они делают жизнь современного человека более комфортной и удобной.

Читайте также:  Особенности применения диммера для светодиодных ламп с регулятором яркости, продукция Legrand

Трехфазный двигатель в однофазной сети

В жизни иногда бывают ситуации, когда необходимо какое-то промышленное оборудование включить в домашнюю сеть 220 вольт. И тут возникает вопрос, а можно ли это сделать? Ответ – да, хотя в этом случае неизбежны потери мощности и момента на валу двигателя. Кроме того это касается асинхронных двигателей до мощности 1-1,5 кВт. Для запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть, надо сымитировать фазу со сдвигом на определенный угол (оптимально на 120°). Добиться этого сдвига можно, если использовать фазосдвигающий элемент. Наиболее подходящим элементом является конденсатор. На (Рис. 6) приведены схемы включения трехфазного двигателя в однофазную сеть при подсоединении обмоток в «звезду» и «треугольник»

Схемы включения двигателя

При запуске двигателя требуется усилие, чтобы преодолеть силы инерции и трения покоя. Для увеличения момента вращения, нужно установить дополнительный конденсатор, подсоединяемый к основной схеме только в момент запуска, а после запуска его нужно отключить. В этих целях лучшим вариантом будет применение замыкающейся кнопки SA без фиксации положения. На кнопку следует нажать в момент подачи напряжения питания, и пусковая емкость Сп. создаст дополнительной сдвиг фазы. Когда двигатель раскрутится до номинальных оборотов, кнопку нужно отпустить, и в схеме будет использоваться только рабочий конденсатор Сраб.

Расчет величины емкости

Емкость конденсатора можно определить методом подбора, начиная с небольшой емкости и постепенно переходить к более большим емкостям, до получения подходящего варианта. А когда еще есть возможность измерить ток (наиболее низкое его значение) в сети и на рабочем конденсаторе, то можно подобрать наиболее оптимальную емкость. Замер тока нужно проводить при работающем двигателе. Пусковая емкость рассчитывается исходя из требования по созданию достаточного пускового момента. Но этот процесс довольно длительный и трудоемкий. На практике часто пользуются боле быстрым способом. Есть простой способ вычисления емкости, правда эта формула дает скорее порядок цифр, но не ее значение. И повозиться в этом случае тоже придется.

Сраб — рабочая емкость конденсатора в мкФ;

Рн — номинальная мощность двигателя кВт.

Данная формула действительна при подключении обмоток трехфазного двигателя в «треугольник». Исходя из формулы на каждые 100 Вт мощности трехфазного двигателя, потребуется емкость порядка 7 мкФ.

Если емкость конденсатора подобрана больше, чем необходимо, двигатель будет перегреваться, а если же емкость будет меньше, то мощность двигателя будет занижена.

В некоторых случаях помимо рабочей емкости Сраб. используется и пусковой конденсатор Сп. Емкость обеих конденсаторов нужно знать, иначе двигатель работать не будет. Сначала определим значение емкости, необходимой для того, чтобы заставить ротор вращаться. При параллельном включении емкость Сраб и Сп. складываются. Нам также потребуется значение номинального тока Iн. Данную информацию мы можем посмотреть на фирменной табличке, прикрепленной к двигателю.

Расчет емкости конденсатора производится в зависимости от схемы подключения трехфазного двигателя. При подсоединении обмоток двигателя в «звезду» расчет емкости проводится по следующей формуле:

В случае соединения обмотки двигателя в «треугольник», рабочая емкость рассчитывается так:

Сраб — рабочая емкость конденсатора в мкФ;

I – номинальный ток в амперах;

U – напряжение в вольтах.

Емкость дополнительного пускового конденсатора должна быть в 2 – 3 раза больше чем емкость рабочего. Если, к примеру, емкость рабочего конденсатора равна 70 мкФ, то пусковая емкость конденсатора должна быть 70-140 мкФ. Что в сумме составит 140-210 мкФ.

Для трехфазных двигателей мощностью до 1 (кВт) достаточно только рабочего конденсатора Сраб, дополнительный конденсатор Сп можно не подключать. При подборе конденсатора для трехфазного двигателя, включенного в однофазную сеть важно правильно учесть его рабочее напряжение. Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 300 Вольт. Если конденсатор будет иметь рабочее напряжение больше, в принципе ничего плохого не произойдет, но при этом увеличиваются его габариты, и, конечно же, цена. Если конденсатор выбрать с рабочим напряжением меньше чем требуется, то конденсатор очень быстро выйдет из строя и может даже взорваться. Очень часто бывают такие ситуации, когда в наличии нет конденсатора необходимой емкости. Тогда необходимо подключить несколько конденсаторов параллельно или последовательно, чтобы получить требуемую емкость. Нужно помнить, что при параллельном подключении нескольких конденсаторов, общая емкость складывается, а при последовательном соединении общая емкость уменьшается исходя из формулы: 1/С=1/С1+1/С2+1/С3… и так далее. Также следует не забывать о рабочем напряжении конденсатора. Напряжение на всех подключаемых емкостях параллельно должно быть не ниже номинального. А напряжение на подключаемых емкостях последовательно, на каждом из конденсаторов может быть меньше номинального, но общая сумма напряжений должна бить не ниже номинального. Приведу пример, есть два конденсатора емкостью 60 мкФ с рабочим напряжением 150 вольт каждый. При подсоединении их последовательно, общая их емкость составит 30 мкФ (уменьшится), а рабочее напряжение увеличится до 300 вольт. На этом, пожалуй, все.

Трехфазный асинхронный двигатель

Электрические двигатели — устройства, преобразовывающие электроэнергию, получаемую из распределительных сетей, в механическую энергию вращения. В состав любого двигателя входят следующие элементы: корпус для защиты от попадания пыли и влаги, неподвижная часть (статор), жестко прикрепленная к корпусу, неподвижные обмотки и магнитопроводы, часть, которая вращается (ротор). Ротор насаживается на вал, вращаемый в двух подшипниковых узлах. Конец выходит наружу, имеет канавку, где закрепляются шкивы или шестерные привода.

Узлы подшипников располагаются в пределах двух съемных крышек, закрывающих корпус с торцов, стягиваются между собой с помощью длинных шпилек (трех-четырех). В задней части вала размещена крыльчатка вентилятора, который обдувает и охлаждает обмотки.

Конструкция таких устройств отличается удобством обслуживания и проведения ремонта — их легко разобрать и собрать.

Асинхронные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Первые применяются преимущественно до мощности 2,2 кВт. Ограничение действует из-за большого пускового и рабочего тока. Принцип действия одинаковый, но у однофазных более низкий пусковой момент.

Работа трехфазных электродвигателей

Самое главное достоинство трехфазной системы электроснабжения состоит в том, что создается электрическое поле, имеющее способность вращаться. Если на неподвижном статоре располагаются три обмотки с магнитомягкими (материалы, способны с легкостью перемагничиваться) сердечниками, а в дальнейшем происходит подача напряжения последовательно от каждой из фаз, то сердечники постепенно намагничиваются от поступающего тока и создают магнитное поле, перемещающееся в пределах окружности.

Асинхронный трехфазный электродвигатель применяется в разных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.

Скорость вращения магнитного поля в статоре можно легко снизить, используя чисто конструктивные методы, к примеру, увеличив число обмоток на окружности вдвое (из трех до шести).

Асинхронные двигатели

Изобретатель М. О. Доливо-Добровольский придумал, как можно усовершенствовать двигатель избавившись от коллекторов, имеющих ряд недостатков. Так, он предложил обмотку ротора выполнять в виде короткозамкнутых витков, ток в которых будет заводить переменное магнитное поле статора. Внешне такое решение представляет собой два кольца, соединенных между собой поперечными проводниками, — «бельчье колесо». Такой устройство еще называется двигателем с короткозамкнутым ротором.

Принцип действия примерно следующий: при запуске переменное поле статора возбудит в проводниках сильный ток, что приведет к намагничиванию сердечника ротора, он будет притянут статорными магнитами и начнет вращение. Чтобы ток стабильно появлялся в замкнутых витках, необходимы постоянные колебания магнитного поля, поэтому ротор вращается медленнее магнитного поля. Именно от такого «запаздывания» двигатели начали называть асинхронными, а разница вращений — скольжение.

Скольжение является переменной величиной. При запуске оно достигает максимальных значений, постепенно уменьшаясь и достигая минимальных значений на холостом ходу (примерно 3%). Если есть нагрузка на вал, скольжение пропорционально увеличивается и возрастает вместе с нагрузками (около 7%).

Особенности трехфазных асинхронных двигателей

Конструкция этого типа оказалась настолько удачной, что большинство электроприводов всего мира производятся на базе трехфазных асинхронных устройств, имеющих короткозамкнутый ротор. Они имеют ряд преимуществ, в частности, обладают:

  • Исключительной простотой, надежностью и долговечностью;
  • Удобством обслуживания и ремонта;
  • Возможностью изменять направление вращения ротора. Для это нужно всего лишь переключить два любые фазные провода;
  • Возможностью работы в качестве генератора: при применении электромагнитного торможения мотор начнет отдавать энергию в сеть.

Простота переключения фазных проводов может быть как преимуществом, так и недостатком. Производя замену силового кабеля, нужно особое внимание уделять оборудованию, запомнить, как оно ранее было подключено. Делая монтаж, следует обязательно перепроверить на запасном двигателе фазировку проводов, ведь оборудование может запросто выйти из строя, если сделана неверная фазировка.

Слабые стороны асинхронного трехфазного двигателя:

  • Значительный пусковой ток, превышающий номинальный примерно в 5 раз. Это значит, что нужно устанавливать защитные автоматы двигателей только класса D.
  • Малый момент на валу при запуске. При значительной инерции понадобится двигатель большей мощности.

Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Читайте также:  Биполярные транзисторы: устройство, принцип действия, режимы работы и схемы подключения

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым роторомС фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым роторомС фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Устройство и принцип работы трехфазных электродвигателей

В данной статье рассмотрены следующие вопросы:

  1. Устройство трехфазного электродвигателя.
  2. Принцип работы трехфазного электродвигателя.
  1. Устройство электродвигателя 380 В

    Наибольшее распространение в промышленности, сельском хозяйстве и быту среди трехфазных электродвигателей получили асинхронные электродвигателя с короткозамкнутым ротором благодаря их простоте устройства, надежности и дешевизне. Поэтому на примере именно такого электродвигателя мы и будем рассматривать их устройство и принцип работы.

    Асинхронный электродвигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.

    Статор — неподвижная часть электродвигателя. Он состоит из следующих элементов:

    • станина (корпус) которая, как правило, выполняется ребристой для лучшего охлаждения, т.к. в процессе работы сердечник статора с обмотками нагреваются. Так же станина имеет лапы для крепления электродвигателя.
    • сердечник статора — набирается из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи (токи Фуко) и имеет зубчатую форму (пазы) и имеет следующий вид:

    • обмотки статора — выполняются медными проводами которые укладываются в пазы сердечника, концы обмоток для подключения к электрической сети выводятся в клемную коробку.

    Ротор — вращающаяся часть электродвигателя. Ротор состоит из следующих элементов:

    • вал — выполняется из стали служит для передачи механической энергии на рабочий механизм.
    • сердечник ротора — насаживается на вал, так же как и сердечник статора выполняется из отдельных листов электротехнической стали
    • обмотка ротора — как правило имеет короткозамкнутое исполнение, часто короткозамкнутую обмотку ротора называют «беличьим колесом» из-за внешнего сходства. Короткозамкнутая обмотка ротора имеет следующий вид:

    Ротор удерживается в центре статора подшипниковыми щитами.

    Принцип работы трехфазного электродвигателя

    Принцип работы электродвигателя довольно прост и основан на принципе вращающегося электромагнитного поля.

    На рисунке выше представлен медный диск прикрепленный к валу на подшипнике напротив которого расположен постоянный магнит. Если начать вращать постоянный магнит то его магнитное поле пересекающее медный диск начнет так же вращаться, т.е. создастся вращающееся магнитное поле которое согласно закону электромагнитной индукции создают в медном диске токи индукции. Данные токи, протекая по диску, создают собственное электромагнитное поле, которое, в свою очередь, вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем постоянных магнитов, что приводит к вращению диска.

    Таким же образом работает и трехфазный электродвигатель, однако в нем вращающееся магнитное поле создается с помощью специального расположения обмоток статора, которые смещены в пространстве относительно друг друга на 120 о , такое расположение при протекании по ним трехфазного тока приводит к возникновению вращающегося электромагнитного поля.

    Видео воздействия вращающегося электромагнитного поля статора на металлический контур (в качестве контура в данном случае выступает обычное лезвие):

    Вращающееся магнитное поле статора воздействуя на обмотку ротора приводит к возникновению в ней индукционных токов, которые протекая через обмотку ротора создают собственное электромагнитное поле, взаимодействие этих полейприводит ротор во вращение.

    Так же как и магнит статор электродвигателя имеет полюса, однако в отличие от постоянного магнита полюсов в электродвигателе может быть больше двух, при этом их всегда четное количество. Количество полюсов в статоре напрямую влияет на скорость вращения магнитного поля и соответственно на скорость вращения ротора. Частота вращения магнитного поля (синхронная частота) определяется по формуле:

    n=60*f/p

    где: f — частота тока в станах СНГ частота тока составляет 50 Гц (Герц); p — количество пар полюсов.

    Чем больше полюсов у двигателя тем меньше частота его вращения. Например, расчитаем частоту вращения электродвигателя с четырьмя полюсами:

    Четыре полюса — это 2 пары полюсов, соответственно:

    Т.е. синхронная частота вращения магнитного поля статора 1500 об/мин, при этом частота вращения ротора при этом будет немного меньше может составлять 1400-1450 об/мин.

    Относительная величина отставания вращения ротора от частоты вращения магнитного поля статора называется скольжением, она выражается в процентах и определяется по формуле:

    S=(n1-n2)/n1*100%

    где: n1 — синхронная частота вращения, об/мин; n2 — частота вращения ротора (асинхронная частота вращения), об/мин.

    Видео с описанием устройства и принципа действия трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

    Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

    Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Добавить комментарий