Асинхронный двигатель устройство: принцип работы, описание и функции — ESR Energy — Дизельные генераторы, электростанции, цены на дизель-генераторные установки

Содержание

устройство и принцип работы. Синхронный и асинхронный двигатель. Применение синхронных машин

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.

Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные

двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Всем известно, что основное предназначение электродвигателей – это преобразование электрической энергии в энергию механическую. Это обнаружил аж в 1821 году Майкл Фарадей, который проводил опыты с магнитами и магнитным полем. С тех пор прошло много времени, а электрические моторы заняли свое основное место в промышленности и быту. Без них сегодня никуда. В настоящее время производители электродвигателей предлагают большое количество моделей, различающихся по конструкции и принципу действия.

Это двигатели постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные. Нас сегодня интересует именно синхронный и асинхронный двигатель – отличия.

Чтобы разобраться в отличиях, необходимо рассмотреть конструктивные особенности каждого типа моторов и понять принцип их работы.

Асинхронный электродвигатель

Итак, надо начать с рассмотрения конструкции асинхронной модели. Основное отличие от синхронной – это наличие трех обмоток в статоре, концы которых выводятся для подключения в клеммную коробку. Вторая основная часть мотора – ротор цельного типа, торцы которого замыкаются между собой, отсюда, в принципе, и название – короткозамкнутый.

Дополнением конструкции является крыльчатка, с помощью которой охлаждается двигатель. Устанавливается крыльчатка на вал (ротор) электрического мотора. Сам ротор держится и вращается в подшипниках, установленных в двух крышках корпуса. Обратите внимание, что именно подшипники и являются самым уязвимым местом агрегата. Именно они чаще всего выходят из строя. Правда, заменить их не очень сложно.

Принцип работы

По какому принципу работает асинхронный двигатель? Внутри корпуса мотора, где расположены обмотки статора, возникает магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться под действием возникшей электродвижущей силы. Но вращение ротора может быть только в том случае, если скорость вращения магнитного поля будет быстрее вращения самого вала двигателя. Если скорости будут одинаковыми, то электродвижущая сила не появится.

Но в любом случае этого произойти не может, потому что здесь несколько причин, сдерживающих скорость вращения ротора.

Трение в подшипниках.

Но самое главное, что магнитные полюса в асинхронном двигателе постоянно меняются, что влияет на смену направлений тока в статоре электродвигателя. То есть, в определенное время ток начинает вращаться «на нас», а в следующий промежуток «от нас». Именно поэтому такие двигатели называются асинхронными, у них просто нет стабильного направления тока.

Что касается скорости вращения ротора, то тут необходимо сделать одно замечание. Этот показатель будет зависеть от того, сколько полюсов одномоментно подключено к питанию. К примеру, максимальная скорость вращения вала будет при двух подключенных полюсах. Чтобы снизить данный показатель, необходимо добавить еще два полюса, то есть, увеличить их вдвое.

И еще один недостаток. Асинхронные двигатели при работе обладают разной скоростью вращения вала. К примеру, на холостом ходу это может быть одна величина, при нагрузке она резко снижается. По сути, получается так, что изменение частоты тока влияет на скорость вала. Другого способа изменить скорость вращения не существует.

Синхронный электродвигатель

Итак, синхронный электродвигатель – это мотор с постоянной скоростью вращения ротора, плюс возможность регулировать эту скорость. Устройство синхронного мотора достаточно сложное. Чтобы в нем разобраться, необходимо рассмотреть фотографию ниже.

Здесь четко показано, что обмотки двигателя располагаются на якоре или роторе агрегата. Концы обмоток выведены и закреплены на токосъемное кольцо, а, точнее, к его секторам. Сам же ток подается на это же кольцо только через графитовые щетки, которые подключены к питающей сети.

Внимание! Концы обмоток подключаются таким образом, что при работе мотора через щетки электрический ток попадал всегда только на одну пару.

У двигателя этой модели больше уязвимых мест, чем у асинхронной.

Снашиваются графитные щетки.
Плохой контакт между токосъемным кольцом и щетками за счет ослабления пружины, которая прижимает последние к кольцу (коллектору).
Изнашиваются подшипники.
Образование грязевого налета на поверхности токосъемного кольца.

Теперь переходим к другой позиции – принцип работы синхронного электродвигателя. Вращающийся момент внутри мотора образуется за счет взаимодействия магнитного поля, которое образуется в обмотках возбуждения, и тока, проходящего по якорю агрегата. Но тут есть один момент – изменяющееся направление тока (переменного) будет менять и направление вращения магнитного поля двигателя. Правда, смена вращения будет меняться и в корпусе аппарата, и на якоре одновременно. Вот почему вращение ротора мотора всегда происходит с одинаковой скоростью.

Именно поэтому изменить эту величину можно лишь тем, если изменить напряжение подаваемой на щетки электроэнергии. Вспомните пылесосы, где всасываемую мощность изменяют переключателем, который просто соединен с реостатом. А мощность пылесоса зависит от скорости вращения вала крыльчатки, то есть вала электродвигателя. Чем больше скорость, тем больше мощность всасывания.

Но синхронные электродвигатели в промышленности своего основного места не нашли. Здесь в основном используются асинхронные модели.

Какой лучше

Итак, в статье были разобраны устройство и принцип действия двух видов электродвигателей. Говорить о том, что какой-то из них лучше, нельзя. Но отметим, что асинхронные модели проще в конструктивном аспекте. Они надежнее в эксплуатации. Если их не перегружать, то срок службы может быть очень длительным. К сожалению, синхронные виды этим похвастаться не могут. Графитовые щетки быстро изнашиваются, им требуется замена. Но если не уследить, и графит сотрется полностью, то металлические держатели щеток начнут истирать токосъемное кольцо. А его выход из строя – это не только полный выход из строя двигателя, это большое количество искр (трение металла о металл) и возможность появления более серьезных неприятностей.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

В данной статье рассмотрим принципиальные отличия синхронных электродвигателей от асинхронных, чтобы каждый читающий эти строки мог бы эти различия четко понимать.

Более широко распространены сегодня, однако в некоторых ситуациях синхронные двигатели оказываются более подходящими, более эффективными для решения конкретных промышленных и производственных задач, об этом будет рассказано далее.

Прежде всего давайте вспомним, что же вообще такое электродвигатель. называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора, и служащая в качестве привода для какого-нибудь механизма, например для приведения в действие подъемного крана или насоса.

Еще в школе всем рассказывали и показывали, как два магнита отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными — притягиваются. Это . Но существуют и переменные магниты. Каждый помнит рисунок с проводящей рамкой, расположенной между полюсами подковообразного постоянного магнита.

Горизонтально расположенная рамка, если по ней пустить постоянный ток, станет поворачиваться в магнитном поле постоянного магнита под действием пары сил (), пока не будет достигнуто равновесие в вертикальном положении.

Если затем по рамке пустить постоянный ток противоположного направления, то рамка повернется дальше. В результате такого попеременного питания рамки постоянным током то одного, то другого направления, достигается непрерывное вращение рамки. Рамка здесь представляет собой аналог переменного магнита.

Приведенный пример с вращающейся рамкой в простейшей форме демонстрирует принцип работы синхронного электродвигателя. У любого синхронного электродвигателя на роторе есть обмотки возбуждения, на которые подается постоянный ток, формирующий магнитное поле ротора. Статор же синхронного электродвигателя содержит обмотку статора, для формирования магнитного поля статора.

При подаче на обмотку статора переменного тока, ротор придет во вращение с частотой, соответствующей частоте тока в обмотке статора. Частота вращения ротора будет синхронна частоте тока обмотки статора, поэтому такой электродвигатель называется синхронным. Магнитное поле ротора создается током, а не индуцируется полем статора, поэтому синхронный двигатель способен держать синхронные номинальные обороты независимо от мощности нагрузки, разумеется, в разумных пределах.

Асинхронный электродвигатель в свою очередь отличается от синхронного. Если вспомнить рисунок в рамкой, и рамку просто накоротко замкнуть, то при вращении магнита вокруг рамки, индуцируемый в рамке ток создаст магнитное поле рамки, и рамка будет стремиться догнать магнит.

Частота вращения рамки под механической нагрузкой будет всегда меньше частоты вращения магнита, и частота не будет поэтому синхронной. Этот простой пример демонстрирует принцип действия асинхронного электродвигателя.

В асинхронном электродвигателе вращающееся магнитное поле формируется переменным током обмотки статора, расположенной в его пазах. Ротор типичного асинхронного двигателя обмоток как таковых не имеет, вместо этого на нем расположены накоротко соединенные стержни (ротор типа «беличья клетка»), такой ротор называется короткозамкнутым ротором. Бывают еще асинхронные двигатели с фазным ротором, там ротор содержит обмотки, сопротивление и ток в которых можно регулировать реостатом.

Итак, в чем же принципиальное отличие асинхронного электродвигателя от синхронного? С виду внешне они похожи, порой даже специалист не отличит по внешним признакам синхронный электродвигатель от асинхронного. Главное же отличие заключается в устройстве роторов. Ротор асинхронного электродвигателя не питается током, а полюса на нем индуцирутся магнитным полем статора.

Ротор синхронного двигателя имеет обмотку возбуждения с независимым питанием. Статоры синхронного и асинхронного двигателя устроены одинаково, функция в каждом случае одна и та же — создание вращающегося магнитного поля статора.

Обороты асинхронного двигателя под нагрузкой всегда на величину скольжения отстают от вращения магнитного поля статора, в то время как обороты синхронного двигателя равны по частоте «оборотам» магнитного поля статора, поэтому если обороты должны быть постоянными при различных нагрузках, предпочтительней выбирать синхронный двигатель, например в приводе гильотинных ножниц лучше всего справится со своей задачей мощный синхронный двигатель.

Область применения асинхронных двигателей сегодня очень широка. Это всевозможные станки, транспортеры, вентиляторы, насосы, — все то оборудование, где нагрузка сравнительно стабильна, или снижение оборотов под нагрузкой не критично для рабочего процесса.

Некоторые компрессоры и насосы требуют постоянной частоты вращения при любой нагрузке, на такое оборудование ставят синхронные электродвигатели.

Синхронные двигатели дороже в производстве, чем асинхронные, поэтому если есть возможность выбора и небольшое снижение оборотов под нагрузкой не критично, приобретают асинхронный двигатель.

Синхронные электродвигатели широко применяются в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения. По сравнению с асинхронными двигателями они имеют ряд преимуществ:

более высокий коэффициент полезного действия;

возможность изготовления двигателей с низкой частотой вращения, что позволяет отказаться от промежуточных передач между двигателем и рабочей машиной;

частота вращения двигателя не зависит от нагрузки па его валу;

возможность использования в качестве компенсирующих устройств реактивной мощности.

Синхронные электродвигатели могут являться потребителями и генераторами . Характер и значение реактивной мощности синхронного двигателя зависят от величины тока в обмотке возбуждения. Зависимость тока в обмотке, выдающей напряжение в электрическую сеть, от тока возбуждения носит название U-образной характеристики синхронного двигателя. При 100%-ной нагрузке на валу двигателя его равен 1. При этом электродвигатель не потребляет реактивной мощности из электрической сети. Ток в обмотке статора при этом имеет минимальное значение.

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией.

Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Двигатели переменного тока

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные
двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток.

Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Двухфазный асинхронный двигатель. Назначение, устройство, принцип действия.

Назначение, устройство и принцип действия двухфазных асинхронных двигателей

В двухфазных асинхронных двигателях обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они расположены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только числом витков, но и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме двигателя полные мощности их одинаковы.

В одной из фаз обмотки статора постоянно находится конденсатор Ср (рисунок, позиция а), который в условиях номинального режима двигателя обеспечивает возбуждение кругового вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:

Cр = I1sinφ1 / 2πfUn²

где I1 и φ1- соответственно ток и сдвиг фаз между напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при круговом вращающемся магнитном поле, I и U — соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n- коэффициент трансформации — отношение эффективных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле

n = kоб2 w2 / kоб1 w1

где kоб2 и kоб1 — обмоточные коэффициенты соответствующих фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.

Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного последовательно с фазой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя, при круговом вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:

Uc = U √1 + n²

Переход к нагрузке двигателя, отличной от номинальной, сопровождается изменением вращающегося магнитного поля, которое вместо кругового становится эллиптическим. Это ухудшает рабочие свойства двигателя, а при пуске снижает начальный пусковой момент до Мп < 0,3Mном, ограничивая этим применение двигателей с постоянно включенным конденсатором только в установках с легкими условиями пуска.

Для повышения начального пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рисунок, позиция б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и зависит от кратности начального пускового момента, которая может быть доведена до двух и более.

Схемы включения двухфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

а — с постоянно присоединенным конденсатором, б — с рабочим и пусковым конденсаторами

После разгона ротора до скорости 0,6 — 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода кругового вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие характеристики двигателя.

Пусковой режим таких конденсаторных двигателей характеризуется такими показателями: kп = 1,7 — 2,4 и ki = 4 — 6.

Конденсаторные двигатели отличаются лучшими энергетическими показателями, чем однофазные асинхронные двигатели с пусковой фазой обмотки статора, а коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных асинхронных двигателей одинаковой мощности.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. АЭ-92

Предмет: «Электрические машины»
Тема: «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. АЭ-92»
Профессия: «Машинист электровоза»
Ярославское подразделение Северного УЦПК
1 | Преподаватели ОАО «РЖД» Коркина И.В. | 2018
Цель
Изучить
назначение,
устройство, принцип действия и
технические
характеристики
асинхронных
двигателей
компрессоров и вентиляторов.
2 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
План занятия
1.

2.
3.
4.
5.
Устройство асинхронного двигателя.
Вращающееся магнитное поле статора.
Назначение и устройство АЭ-92.
Принцип действия асинхронного двигателя.
Скольжение асинхронного двигателя.
3 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора.
Статор включает в себя корпус, подшипниковые щиты,
сердечник и обмотку.
Ротор включает в себя вал, сердечник и обмотку.
Сердечники и статора и ротора выполняются из листов
электротехнической стали. В зависимости от типа обмотки
ротор может быть фазным и короткозамкнутым.
4 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка статора состоит из отдельных катушек,
объединенных в группы по числу фаз. В каждой фазе катушки
электрически соединены.
Начала и концы фаз выводятся к
шести зажимам для того, чтобы
можно было подключать обмотку
статора по схеме «звезда» или
«треугольник».

При
последовательном
согласном
соединении каждые три катушки
дают пару полюсов.
5 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
6 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
7 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка короткозамкнутого ротора имеет вид беличьей
клетки. Она выполнена из медных или алюминиевых стержней,
замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни
обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без изоляции, т.к.
напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю.
Достоинствами двигателей с короткозамкнутым ротором
являются простота конструкции и надежность в эксплуатации.
Недостатки – большой пусковой ток и сравнительно малый
пусковой момент.
8 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
а — беличья клетка, б — ротор с беличьей клеткой из стержней, в — ротор
с литой беличьей клеткой, 1 — короткозамыкающие кольца, 2 — стержни,
3 — вал, 4 — сердечник ротора, 5 — вентиляционные лопасти, 6 —
стержни литой клетки
9 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель с
короткозамкнутым
ротором:
1 – вал ротора;
2 – крышка подшипника;
3 – подшипник;
4 – подшипниковый щит;
5 – корпус;
6 – обмотка статора;
7 – сердечник статора;
8 – короткозамкнутый
ротор;
9 – вентилятор;
10 – кожух; 11 – коробка
выводов;
12 – выводы обмотки
статора;
13 – обмотка ротора.

10 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка фазного ротора состоит из трех, шести, девяти т.д.
катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна
относительно другой на 120º (в двухполюсной машине), 60º (в
четырехполюсной) и т.д.
С одной стороны контакты проводников
фазного ротора соединяются вместе в
общую точку («звезда»), а противоположные
концы выводятся на контактные кольца, к
которым посредством щеток подключают
трехфазный реостат.
Достоинством двигателей с фазным ротором
является
большой
пусковой
момент.
Недостаток – сложность конструкции
11 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Подключение внешнего сопротивления в обмотку ротора используется для
облегчения пуска двигателя и для контроля скорости двигателя. По мере
пуска добавочное сопротивление в обмотке ротора уменьшают. Это
происходит или плавно, или ступенчато, в зависимости от используемой
пусковой аппаратуры.

12 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный
двигатель
с
фазным
ротором:
1, 7 – подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 – корпус; 4сердечник статора с
обмоткой; 5 – ротор; 8 – вал; 9 – коробка выводов; 10 – лапы; 11 – контактные
кольца.
13 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
14 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
Электрические машины переменного тока подразделяются на два
основных вида: асинхронные и синхронные. Принцип действия этих машин
основан на использовании вращающегося магнитного поля.
В двухполюсной машине переменного тока вращающееся поле
создается при питании трехфазным током трех катушек (фаз) оси которых,
сдвинуты одна относительно другой в пространстве на 120°.
15 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
16 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
Продолжая рассматривать процесс прохождения токов,
по катушкам обмотки статора, можно легко доказать, что в
течение одного периода изменения тока магнитный поток
машины, а следовательно, и находящийся в ее поле магнит
повернутся на один оборот.

Т.о., при питании трехфазным током трех катушек,
сдвинутых одна относительно другой на угол 120°, возникает
магнитное поле, вращающееся в пространстве с постоянной
частотой вращения.
17 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Асинхронный двигатель АЭ92-4/02.
А – асинхронный;
Э – электровозный;
9 – диаметр сердечника статора 900 мм;
2 – длина сердечника статора 200 мм;
4 – число полюсов рабочих обмоток.
Асинхронный
трёхфазный
электродвигатель
с
короткозамкнутым ротором служит приводом главных
компрессоров и центробежных вентиляторов электровозов
переменного тока.
18 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Техническая характеристика:
Напряжение линейное
В
380
Ток фазный
А
90
Мощность
кВА
40
Гц
50
об/мин
1425
КПД
—
0,855
Масса
кг
390 – 400
Частота тока
Частота вращения ротора
19 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Состоит из стальной сварной станины образованной
из двух торцовых колец приваренных к продольным рёбрам и
обшивки.

В станине закреплён сердечник статора состоящий
из шихтованных листов электротехнической стали, в пазах
которой уложена обмотка.
Обмотка статора состоит из жёстких пропитанных
катушек (медь прямоугольного сечения) которая в пазах
статора закреплены клиньями. Изоляция обмотки применена
класса Н, 6 выводов обмотки статора начало и конец
закреплены в коробке выводов, расположенной на станине
( две пары полюсов). Вывода соединены по схеме звезда.
20 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Ротор состоит из шихтованного сердечника так же набранного
из листов электротехнической стали. Пазы сердечника залиты
алюминиевым сплавом который образует короткозамкнутую
обмотку в виде «беличьего» колеса. В сердечнике ротора
имеются осевые вентиляционные каналы. Ротор вместе с валом
вращается в подшипниках установленных в капсулах
подшипниковых щитов.
Подшипниковые щиты крепят болтами к торцовым кольцам.

Подшипники закрывают крышками для защиты от пыли и
грязи. Подшипниковые щиты стальные, сварные, имеют
вентиляционные окна с сетками. К щиту крепятся 2
лабиринтные крышки (внутренняя и наружная) которые в
системе образуют капсулу для подшипников. В капсулу
заправляют смазку.
21 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Внутри двигатель снабжён вентилятором. Вентилятор
центробежный, с радиальными лопатками и направляющим
диском, обтекаемой формы отлит из алюминиевого сплава.
Вентилятор засасывает воздух с противоположной стороны
через окна и отверстия в подшипниковом щите. Поступающий
воздух охлаждает лобные части обмоток статора, после чего
выбрасывается наружу через окна в подшипниковом щите.
22 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
23 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Принцип действия асинхронного двигателя
U→ВМП→ЭДС в обм. ротора→iрот.→Fэл.магн.

→М→
→ ротор вращается в ту же сторону, что и МП статора
Частота вращения магнитного поля статора обозначается – n1, и
определяется по формуле:
60 f
n1
P
где: f – частота питающего тока
P – число пар полюсов
60 – коэффициент перевода единиц измерения из об/сек в
об/мин
24 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Принцип действия асинхронного двигателя
Колтво
стат.
обм.
3
Кол-во
пар
полюсо
в (Р)
1
Подсчет Значение
n1
по n1
формуле ( об/мин)
Примечание
60×50/1
3000
2
60×50/2
1500
3
60×50/3
1000
3 обмотки по кругу занимают пространство
3600, поэтому за один период изменения
тока магнитное поле повернется на 3600.
3 обмотки из 6 по кругу занимают
пространство 1800, поэтому за один период
изменения тока магнитное поле повернется
на1800.
3 обмотки из 9 по кругу занимают
пространство 1200, поэтому за один период
изменения тока магнитное поле повернется
на1200.

6
9
Каждые 3 обмотки у асинхронного двигателя приравнивается к одной паре полюсов
25 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Скольжение асинхронного двигателя
Частота
вращения
ротора
обозначается
–
n2
Для того, чтобы на валу ротора создавался вращающий момент,
необходимо
выполнение
данного
условия:
n2‹n1
Поэтому такие двигатели называются асинхронными. Приставка
«а» означает «не», то есть несинхронные двигатели.
Отставание ротора от магнитного поля статора характеризуется
скольжением (S). Скольжение определяется по данной
формуле:
.
n1 n2
S
100%
n1
26 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Скольжение асинхронного двигателя
Скольжение показывает, на сколько процентов частота вращения
ротора меньше частоты вращения магнитного поля статорных
обмоток. Значение n2 при определенном скольжении для
различных асинхронных двигателей приведены в таблице:
Количест Количество
во
пар полюсов
статорных (Р)
обмоток
3
1
6
2
9
3
27 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
n1 (об/мин) S (%)
3000
1500
1000
n2 (об/мин)
4
4
4
2880
1440
960
Домашнее задание
1.

А.В. Грищенко «Электрические машины и преобразователи
подвижного состава», стр. 215-220.
2. А.А. Дайлидко «Электрические машины тягового
подвижного состава », стр. 119-141, 143-146.
3. Работа с конспектом.
4. Подготовка к опросу по пройденному материалу.
28 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Спасибо за внимание
Желаю успехов!
29
| преподаватели ОАО «РЖД» | 2018

устройство и принцип работы. Синхронный и асинхронный двигатель

Основывается на разных параметрах. По одному из них, различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия приборов, общая характеристика и принцип работы описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Преимущества и недостатки

Основными минусами этого вида двигателя являются:

необходимость питания обмотки постоянным током;
сложность запуска;
скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимуществами таких двигателей в целом являются:

самая высокая надежность;
самый большой ;
простота обслуживания.

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Принцип действия

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Резюмируем теперь, чем отличается от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Двигатели переменного тока

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные
двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Двигатели постоянного тока

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Двигатели переменного тока

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные
двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Асинхронные двигатели переменного тока

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

| Как работают двигатели переменного тока — объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июня 2021 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим поближе!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть. Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся хитроумным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток.Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Иллюстрации: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном и том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: на них подается не постоянный ток, а переменный ток (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока вам нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете энергию на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда легче заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Фото: эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль-Пуэнте любезно предоставлено NREL.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно запитываются источником переменного тока (не показан, но подаются к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается резко (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

Фотография: Двигатель с регулируемой частотой.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор. Количество отдельных электрических токов, возбуждающих питание катушек независимо, не в шаге, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ).В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота.У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются. выходят и нуждаются в замене время от времени. Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу.Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения. Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный).Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа. Это произведение взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро патентов и товарных знаков США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками. Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко).Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года).Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

Электроэнергия для молодых производителей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка.Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателями постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
Сила и энергия Криса Вудфорда.Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
Никола Тесла: разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке Google Книги. Возраст 9–12 лет.

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе.Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели, Томас Бартон и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г.Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Индукционная машина

— обзор

1 Введение

Географическое разнообразие даже сегодня является наиболее сложной характеристикой для ввода в эксплуатацию линий электропередачи в удаленных сельских районах по всему миру. Несмотря на то, что было сделано очень много планирования для подключения небольших деревень к сетям, экономика, техническое обслуживание и мониторинг являются предметами озабоченности для линий электропередач, подключенных к сети.Мировой энергетический сектор переходит на использование возобновляемых источников энергии, и поэтому производство энергии на основе возобновляемых источников продвигается почти во всех странах. В литературе возобновляемые источники энергии в основном представлены как распределенные генераторы (ДГ) в существующей энергосистеме из-за их гибкости с точки зрения установленной мощности от кВт до МВт. Существует несколько исследований по оптимизации размера и распределению ГД. Ветряные электростанции — одни из самых приемлемых ДГ в мире.Согласно отчету Всемирной ассоциации ветроэнергетики (WWEA), мощность ветровой энергии во всем мире достигает 597 ГВт, из которых только Китай и США установили ветряные электростанции мощностью 200 и 100 ГВт соответственно. Ref. [1] опубликовал данные, полученные от Министерства новых и возобновляемых источников энергии Индии, согласно которым установленная мощность ветряных электростанций в Индии достигла 34,605 ГВт в 2018 году. Ветряная электрическая система является ведущей системой возобновляемых источников энергии. поколение по всему миру.Однако высокие первоначальные капитальные затраты по-прежнему являются большим препятствием на пути продвижения ветроэнергетических возобновляемых источников энергии [2]. Помимо капитальных затрат, прерывистый и непостоянный характер вводимых ресурсов снова является серьезной проблемой для непрерывного и надежного производства электроэнергии с помощью ветряных электростанций. Дизельные генераторы — лучший выбор для изолированной электрической системы, потому что хорошо зарекомендовавшая себя технология, низкая стоимость установки и капитальных затрат, проста в обслуживании и просто доступна для рынка конечных пользователей, расположенных в удаленных районах, где нет коммунальных услуг [3].Однако доступность, стоимость и экологические проблемы дизельных генераторов вынуждают пользователей переходить на возобновляемые источники энергии. Чтобы повысить надежность системы для непрерывного энергоснабжения, особенно в изолированной электрической системе, ветрогенератор может быть соединен с дизельным генератором. Гибридная электрическая система ветро-дизельного двигателя является очень безопасной и надежной системой, поскольку во время изменения скорости ветра дизельное топливо действует как дополнительный источник энергии [4]. Такая интеграция невозобновляемых и возобновляемых источников энергии называется изолированной гибридной электрической системой (IHES) [5].Ref. [6] предполагает, что использование гибридных электрических систем снижает общую стоимость жизненного цикла автономных генераторов и, что важно, обеспечивает более надежную подачу электроэнергии за счет комбинации источников энергии.

Включая индукционные машины, генераторы постоянного тока и синхронные генераторы также используются для работы ветряных электростанций. Генератор ветровой турбины может работать с использованием любого механизма, как указано ниже:

(i)

Индукционный генератор с короткозамкнутым ротором (SCIG)

(ii)

Индукционный генератор с двойным питанием (DFIG)

(iii)

Генератор постоянного тока (DCG)

(iv)

Синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG)

(v)

Синхронный генератор с электрическим возбуждением (EESG)

Однако предпочтительно в изолированных ветро-дизельных гибридных электрических системах, дизельные установки представляют собой синхронный генератор с возбуждением постоянным током (SG), а ветряные установки — индукционные генераторы с короткозамкнутым ротором. Предполагается, что в ветродизельной системе SG работает в нормальном режиме. Это означает, что основная мощность, потребляемая от него, является активной мощностью, а реактивная мощность — только его дополнительной выходной мощностью. Другими словами, SG не используется в качестве поставщика реактивной мощности, хотя может ее развивать. Потому что для этого пользователям приходится идти на компромисс с реальной мощностью, производимой SG. Читателям также должно быть ясно, что этот SG используется как резервный вариант для выработки электроэнергии, а индукционный генератор с короткозамкнутым ротором, управляемый ветряной турбиной, является основным источником выработки электроэнергии.Роли реактивной мощности в изолированной электрической системе на основе ветро-дизельного двигателя следующие:

(i): Для повышения напряжения в SCIG
(ii): Для удовлетворения потребности в реактивной мощности нагрузки
(iii): Для удовлетворения потребности в реактивной мощности из-за изменений на входе и нагрузке
(iv): Для балансировки реактивной мощности в системе во время нагрузки и возмущений на входе

Таким образом, реактивная мощность должна питаться от других поддерживающих устройств, и эти устройства известны как компенсаторы реактивной мощности (RPC).RPC состоят из широкого набора компонентов с разными характеристиками. Стоимость устройств также является важным фактором при выборе подходящего устройства в качестве RPC наряду с их характеристиками. Поскольку реактивная мощность от этих устройств бывает разной по времени отклика. Использование более одного RPC может дать экономичное решение для обеспечения компенсации реактивной мощности. Такое участие более одного RPC называется гибридным участием компенсации реактивной мощности. Гибридное участие, необходимость и метод использования также объясняются в этой главе.

Таким образом, в этой главе рассматриваются три основных вопроса, а именно: гибридные компенсаторы участия, изолированная ветровая электрическая система и, наконец, влияние входного сигнала и / или проникновения нагрузки.

Характеристики асинхронного двигателя с двухслойным ротором в судовом насосном оборудовании

1
Копылов И.П., Сонин Ю.П., Гуляев И.В. Частотно-регулируемый асинхронный двигатель с двойным питанием // Электрохимия. Электр. Eng ., 1997, т. 68, нет. 8.
2
Могильников В.С., Олейников А.М., Теория, технология и режимы работы асинхронных двигателей с двухслоиным ротором , Севастополь: Севаст. Нац. Тех. Ун-та, 2008.
3
Олейников А.М. , Попов С.В. Перспективы использования асинхронного двигателя с двойным ротором // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергию.Int. Научно-техн. Конф. «Повышение КПД электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах». Севастополь, 2004.
4
Олейников А.М. Эксплуатационные характеристики асинхронных электродвигателей с двойным ротором. 7.
5
Олейников А.М. Сравнительные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым и двухроторным регулируемым турбомеханизмом электропривода // Тр. Inst. Электродин., Акад. АН УССР, , 1986.
6
Олейников А. Последовательные асинхронные двигатели с модернизированным (экранированным) ротором для подъемно-транспортного оборудования, Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности электромеханических технологий. Конференция «Повышение эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах», Севастополь, 2005.
7
Высоцкий В.Е., Олейников А.М., Нагирняк А.А. Работа асинхронного двигателя с двухслойным ротором в электроприводе насосов. 16-е межд. Конф. «Электромеханика, электротехнология, электроматериалы и компоненты», ICEEE-2016 , Алушта, 2016.
8
Олейников А.М., Аксенов В.Ф., Титов В.К. Асинхронный двигатель с внешним двойным ротором, Тех. Эльктродин ., 1990, № 2, с. 1.

Элементы асинхронного двигателя, Элементы синхронного двигателя, Устройство измерения положения ротора RPS

Введение
Различные требования фактически приводят к растущему спросу на высокую скорость. моторы. Прежде всего, постоянная потребность в повышенной удельной мощности.Из-за квазилинейной зависимости между скоростью вращения и мощностью на валу электрическая машина, увеличение номинальной скорости является эффективным способом повысить удельную мощность и эффективность. Следовательно, этот подход использует преимущества увеличение мощности на валу без изменения габаритов станка. На С другой стороны, такая же производительность может быть обеспечена в меньшем объеме. В Последний имеет первостепенное значение, например, в области применения станков. При этом шпиндели или станок в целом становятся меньше, вес уменьшено, а динамическое поведение улучшено.Еще один момент в этой индустрии время цикла, необходимое станку для выполнения определенного операция. Чем быстрее инструмент можно перемещать и вращать, тем быстрее он выполнить свою задачу, не считая того, что высокая скорость резки работа зависит от максимальной скорости для эффективного машинного времени соответствующих деталей.
Другими интересными областями работы высокоскоростных двигателей являются приложения где стандартная коробка передач используется для передачи скорости вращения двигатели с обычной частотой электросети (50/60 Гц) приводят двигатели на более высокую скорость уровни.Замена этой коробки передач и связанного с ней обычного двигателя с приводом с регулируемой скоростью, состоящим из высокоскоростного двигателя и выпрямитель увеличивает общий КПД и снижает потребность в обслуживании существенно.
Компрессорная промышленность является примером, где высокая эффективность, без масла работа и отсутствие выбросов делают электрические высокоскоростные двигатели наиболее эффективными. экологически чистые приводы компрессоров. В контексте безэмиссионных прикладные системы накопления энергии с высокоскоростными маховиками не только принимают преимущество высокоскоростных генераторов.Таким образом, ископаемые генераторы с нежелательными можно избежать выбросов и значительно снизить затраты на техническое обслуживание. Крио-приложения на самом деле переживают очень похожую революцию в своем приводе технология. Элементы двигателя с прямым приводом заменяют комплект из коробки передач и Стандартный двигатель 50/60 Гц. Эффективность можно увеличить, необходимое пространство — за счет значительно уменьшены габариты и затраты на техническое обслуживание. Следовательно, рекуперация энергии системы например становиться все более интересным из финансовых и экологическая точка зрения.Таким образом, элементы высокоскоростного двигателя частично способствуют к продолжающемуся развитию приложений зеленой энергии.

Проблемы
Упомянутое преимущество высокоскоростных двигателей может быть достигнуто только при использовании качественные элементы мотора. Причина в том, что из-за высокого скорости вращения, центробежные силы на вращающейся части двигателя (роторе) может быть очень высоким, что приводит к тому, что материалы подвергаются механической нагрузке удельное сопротивление.Неисправности в элементах двигателя могут привести к авариям, затрагивающим окружающей среды или, по крайней мере, повредить шпиндель, в который встроен двигатель. Чтобы предотвратить это, необходимо рассчитать различные физические аспекты в сложный процесс разработки, принимая электромагнитные, тепловые, механические учтены динамические аспекты напряжения и конструкции. Прикладная вычислительная методы необходимо сочетать с многолетним опытом, чтобы расширить актуальные эксплуатационные ограничения с учетом безопасности как наивысшего приоритета.Кроме того, взаимодействие выпрямителя и высокоскоростного двигателя требует быть известно, потому что выпрямитель оказывает сильное влияние на нагрев, шум, засорение и потребляемая мощность машины. Особенно взаимодействие различных преобразовательных систем с высокоскоростным моторным элементом требует очень конкретные знания и опыт. Следовательно, тесты описанных выше приложения имеют решающее значение для успеха. Они требуют интенсивных отношений между специалистами по силовой электронике и высокоскоростным двигателям.более того инфраструктура, позволяющая проводить тесты производительности, очень сложна и обычно недоступен на рынке. Очень часто связанные с этим затраты намного превышают затраты, понесенные в течение всего процесса разработки нового элемента двигателя продуктовая линейка.

Инвертор
Типовые инверторы работают на основе метода широкополосной модуляции, где непрерывное переключение напряжения или тока контролирует выход форма волны.Из-за необходимости более быстрых высокоскоростных двигателей переключение увеличивается и частота (в современных инверторах используются IGBT). Несмотря на то что шум и эффективность улучшаются по мере увеличения количества импульсов, инвертор приводит также к нескольким недостаткам, особенно из-за быстрого переключения переходные процессы, которые можно рассматривать как значительный источник паразитных потерь. Дополнительные временные гармоники, вызванные переключением инвертора, имеют отрицательный влияние на распределение потока в воздушном зазоре.Эти гармоники вызывают дополнительные потери на вихревые токи в элементах двигателя, особенно в роторе, которые приводят к более высоким температурам и возможному ухудшению механической поведение. Частота переключения оказывает другое влияние на высокую скорость. двигателя, а именно на изоляции, которая сильно нагружена повторение и крутизна фронта пульсовой волны. Когда используются IGBT, высокая скорость нарастания напряжения обычно от 0 до 650 В менее чем за 0,1 мкс приводит к примерно 10 000 В / мкс.Этот факт приводит к неблагоприятным воздействиям на изоляция двигателя. Эти крутые нарастающие и спадающие импульсы приводят к неравномерное распределение напряжений внутри двигателя, особенно во время переключение переходов. Без глубоких знаний об изоляции двигателя системы и самого инвертора ухудшение изоляции и последующее может произойти отказ мотора. В этом контексте эффекты частичных разрядов и перегрев ротора — хорошо известные источники неисправностей. Последнее может привести к нежелательному разрыву углеродного волокна из-за термического механического напряжения в соответствующая смола из углеродного волокна (синхронные машины).

Заключение
Асинхронные и синхронные высокоскоростные двигатели обладают рядом преимуществ, например: уменьшилось место для установки более мощных и ненужных коробок передач. Эти преимущества применимы для нескольких областей и интенсивно используются в например, в станкостроительной, компрессорной, криогенной и энергетической промышленности. Разработка и производство этих асинхронных и синхронных высокоскоростных двигателей. это увлекательная задача, в которой использование самых современных вычислительных методов для процесса разработки так же важен, как и широкий спектр опыта и опыт для безопасного расширения фактических эксплуатационных ограничений.Не только знание высокоскоростных двигателей необходимо, но также глубоко в инверторная технология, явление частичного разряда и так называемые случайные или дополнительные потери.

e + a в Швейцарии предлагает широкий ассортимент высокоскоростных двигателей или генераторы соответственно. Имея более 28 лет опыта и более 150000 различных высокоскоростных индукционных машин и постоянный магнит синхронные машины работают, e + a — один из мировых лидеров в разработке и производство высокоскоростных двигателей по индивидуальному заказу.Кроме того, профессионально оборудованный испытательный стенд со всеми новейшими инверторами и частичным система испытаний на разряд позволяет детально проанализировать и адаптировать выпрямитель и мотор, и очень хорошая поддержка системных интеграторов.

Новая упрощенная модель асинхронной машины с учетом частотной характеристики

При цифровом моделировании энергосистем следует учитывать частотную характеристику электрооборудования. Традиционная модель переходного процесса третьего порядка асинхронной машины исключает не только переходный процесс статора, но также и частотные характеристики, тем самым сужая область применения модели и приводя к большой ошибке при некоторых особых условиях.Основываясь на физической эквивалентной схеме и модели Парка для асинхронных машин, в этом исследовании предлагается новая асинхронная модель переходной машины третьего порядка с учетом частотной характеристики. В новых определениях переменных напряжения за реактивным сопротивлением переопределяются как линейное уравнение потокосцепления. Таким образом, уравнение напряжения ротора не связано с производными по частоте. Однако при применении традиционной модели переходных процессов третьего порядка не всегда следует игнорировать производные по частоте.По сравнению с традиционной моделью переходных процессов третьего порядка новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка с учетом частотной характеристики является более точной без увеличения порядка и сложности. Результаты моделирования показывают, что новая модель переходных процессов третьего порядка для асинхронной машины является подходящей, эффективной и более точной, чем широко используемая традиционная упрощенная модель переходных процессов третьего порядка в некоторых особых условиях с резкими колебаниями частоты.

1. Введение

Падение напряжения — обычное явление во время отказа энергосистемы, тогда как системная частота остается постоянной в крупномасштабных энергосистемах. Следовательно, традиционное моделирование и моделирование энергосистемы сосредоточено на характеристиках напряжения силового оборудования с меньшим учетом частотной характеристики. Однако при большом распространении распределенной генерации [1, 2] частота системы будет колебаться, когда существует случайный дисбаланс между производством электроэнергии и потреблением.Например, неисправность или внезапное изменение мощности нагрузки в микросети [3–5] вызовут относительно большие колебания частоты, потому что инерция системы мала. Кроме того, в некоторых изолированных сетях (например, в электросетях Синьцзян и Хайнань в Китае) системные сбои также вызывают проблемы с частотой [6–9]. Таким образом, частотные характеристики оборудования следует учитывать при моделировании и моделировании энергосистемы.

Асинхронные машины, в состав которых входят асинхронные асинхронные двигатели и индукционные генераторы, являются важным оборудованием в энергосистемах.Динамическая нагрузка включает асинхронные двигатели [6–15] и большое количество ветряных генераторов, таких как индукционные генераторы или индукционные генераторы с двойным питанием (DFIG) [16–22]. Электромеханическая переходная модель третьего порядка для асинхронных машин широко используется при моделировании энергосистем. Традиционная форма этой модели не может представить частотную характеристику асинхронных машин, потому что эта упрощенная модель только предполагает, что частота постоянна, и игнорирует первую производную частоты во время вывода.Результаты моделирования приемлемы при использовании традиционной модели переходных процессов третьего порядка в условиях незначительных колебаний частоты или без учета колебаний частоты. Однако при изучении энергосистемы с высоким уровнем проникновения распределенной генерации использование традиционной модели переходных процессов третьего порядка приведет к значительной ошибке в результате моделирования в отличие от измерения поля. Моделирование нагрузки с учетом частоты и напряжения обсуждается в [8].Улучшенное моделирование нагрузки на основе измерений может хорошо отражать динамические характеристики реальной нагрузки. Новое регулирование частоты с помощью ветряных турбин (WT) на основе DFIG, используемых для координации инерционного управления, управления скоростью ротора и управления углом тангажа, изучается в [23]. Скоординированное управление улучшает возможность регулирования частоты и гасит колебания частоты. Способность WT участвовать в управлении первичной частотой и предлагать первичный резерв обсуждается в [24], в котором также исследовались переходная частотная поддержка и постоянная частотная характеристика.

Чтобы представить характеристики напряжения и частоты асинхронной машины во время моделирования, в этой статье предлагается новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка путем переопределения переменных и параметров традиционной модели. В этой новой упрощенной модели третьего порядка определение переходной переменной дает четкую физическую интерпретацию. Новая упрощенная модель третьего порядка может точно представить частотную характеристику асинхронных машин. Между тем, эта переменная не увеличит порядок и сложность модели.Наконец, результаты моделирования подтверждают эффективность и точность новой упрощенной модели переходных процессов третьего порядка при моделировании энергосистемы.

2. Парковая модель асинхронной машины

На рисунке 1 показаны схемы, применимые к анализу асинхронной машины. Цепи статора содержат трехфазные обмотки и распределены в пространстве на 120 ° друг от друга. Цепи ротора содержат три распределенных обмотки, и.

Пренебрегая насыщением, гистерезисом и вихревыми токами и принимая чисто синусоидальное распределение магнитных волн, уравнения машины можно записать следующим образом [25].

Уравнения напряжения статора и ротора задаются формулой где представляет напряжение, представляет ток, представляет поток, связывающий обмотку, обозначенную нижним индексом, представляет собой сопротивление фазы статора, представляет собой сопротивление фазы ротора, а нижние индексы и представляют собой обмотки статора и ротора, соответственно.

определяется как угол, на который ось фазной обмотки ротора опережает ось фазной обмотки статора в направлении вращения с постоянной угловой скоростью ротора: и с постоянной пробуксовкой:

На рисунке 2 показано, что электрическая угловая скорость системы отсчета и вращающейся системы отсчета находится в пределах, ось намотки ведет к оси намотки в направлении вращения, а ось совпадает с осью фазной обмотки статора в начальный момент.

Применяя уравнение преобразования, мы получаем следующие выражения для преобразованных составляющих напряжения, магнитных потоков и токов [25].

Уравнения напряжения статора:

уравнения напряжения ротора: Термины и являются напряжениями трансформатора, аналогичными и.

Уравнения потокосцепления статора следующие:

Уравнения рассеяния магнитного потока ротора следующие: где и, где, и — утечка статора, утечка ротора и взаимные индуктивности соответственно.

Исключая фазное напряжение и ток по компонентам, получаем

Крутящий момент в воздушном зазоре получается делением мощности, передаваемой через воздушный зазор, на скорость ротора в механических радианах в секунду: где нижние индексы и обозначают ротор и статор соответственно.

3. Традиционная упрощенная асинхронная машина Модель

За исключением переходных процессов статора, Следующие переменные и параметры [25] определены как Переписывая (7), получаем

Напряжение на роторе компонента (5) можно записать как

Из приведенного выше уравнения можно записать как Таким образом, (13) можно записать как

Аналогичным образом составляющая напряжения ротора определяется выражением

Этот термин обычно исключается при моделировании системы в предыдущих исследованиях, и уравнения переходной модели асинхронной машины можно переписать следующим образом:

По сравнению с (15) и (16), и исключены в (17), что указывает на то, что частота рассматривается как константа в переходной модели третьего порядка асинхронной машины.Однако это предположение приведет к ошибкам, поскольку частота значительно изменится.

4. Новая упрощенная модель асинхронной машины

4.1. Переопределение переменных и параметров

Чтобы представить эффект флуктуации частоты и сохранить простоту переходной модели третьего порядка асинхронной машины, переменные и параметры должны быть переопределены следующим образом:

По сравнению с (11) и имеют линейную связь с потокосцеплением, в результате чего угловые частоты, и исключены.

4.2. Уравнения напряжения ротора

Из (12) и (18) напряжение ротора компонента может быть записано как куда Таким образом, (19) можно записать как

На основе аналогичного принципа мы можем получить уравнение напряжения ротора компонента. Уравнения переходной модели асинхронной машины затем можно переписать следующим образом: не появляется в процессе вывода, что указывает на то, что частота не исключена в новой упрощенной переходной модели третьего порядка.В новом определении не учитываются и угловая частота, и индуктивности, и являются параметрами переходной модели, которые могут лучше отражать физические характеристики асинхронной машины в модели.

4.3. Уравнения напряжения статора

Чтобы сократить уравнения и сделать модель пригодной для программы стабилизации, мы исключаем токи ротора и выражаем взаимосвязь между током статора и напряжением относительно напряжения за переходным реактивным сопротивлением.Таким образом, из (12) и (6) получаем

Подставляя приведенное выше уравнение для в (4), уравнение напряжения статора компонента можно переписать как

Аналогичным образом мы можем получить компонент уравнения напряжения статора, в результате чего уравнения напряжения статора могут быть записаны как

Из (13) и (9) уравнение электромагнитного момента может быть выражено как

4.4. Уравнения модели в системе координат

Уравнения модели переходных процессов должны быть преобразованы в общедоступную систему координат при моделировании системы.На рисунке 2 показана взаимосвязь между системой отсчета и системой отсчета с аналогичной угловой скоростью в. — угол, на который ось опережает ось в направлении вращения. Уравнение преобразования: В результате переходная модель получается следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнения напряжения статора:

Уравнение электромагнитного момента:

Уравнение ускорения ротора: где на единицу и — начальное скольжение асинхронной машины.Если асинхронная машина потребляет энергию, то; в противном случае, если асинхронная машина производит мощность.

5. Анализ модели

Известно, что асинхронные машины содержат асинхронные асинхронные двигатели и асинхронные генераторы; разница между ними заключается в уравнениях ускорения и напряжения ротора.

5.1. Асинхронный асинхронный двигатель Модель

Асинхронный двигатель — это обычная асинхронная машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую на основе принципа электромагнитной индукции.Напряжение на роторе асинхронного двигателя равно нулю, поэтому новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка для асинхронного двигателя с учетом частотных характеристик показана следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнение ускорения:

уравнения напряжения статора:

5.2. Асинхронный генератор Модель

Асинхронные генераторы широко используются в ветроэнергетике. Большинство ранних ветряных генераторов представляют собой генераторы WT с фиксированной скоростью, а индукционный генератор работает с постоянной скоростью.Использование генераторов WT с переменной скоростью и постоянной частотой, таких как DFIG, является основным направлением в недавно построенных ветряных электростанциях. Однако модели разных индукционных генераторов похожи, что можно записать следующим образом.

Уравнения переходных процессов:

уравнение ускорения:

уравнения напряжения статора: где и — эквивалентное напряжение ротора при следующих условиях: для генераторов WT с фиксированной частотой вращения — напряжение ротора, а для генераторов WT с регулируемой частотой вращения — с постоянной частотой, которые могут подавать напряжение на ротор через преобразователь на стороне ротора, — напряжение ротора.

6. Анализ моделирования

Упрощенная энергосистема, которая содержит составную нагрузку и ветрогенератор, как показано на рисунке 3, построена в Matlab / Simulink для тестирования производительности новой упрощенной модели асинхронной машины с учетом частотных характеристик. В таблицах 1 и 2 перечислены параметры этой системы моделирования. Электросеть представляет собой изолированную энергосистему мощностью 300 кВт. Нагрузка этой энергосистемы состоит из статической нагрузки (ЗИП) и асинхронного асинхронного двигателя, которые потребляют всю выходную мощность ветрогенератора во время нормальной работы.Синхронный генератор используется в качестве фазового преобразователя для поддержания напряжения в системе. Конденсаторы общей емкостью 75 квар используются для выработки реактивной мощности.


Пункт	Значение	Единица	Пара.	Значение	Единица

	0,0092	о.е.		0,0717	о.у.
	0717	о.у.		4	с
	3,5	о.е.

Изготовление электрических шкафов: Группа «ПРИВОД» — Изготовление электрических шкафов

Распиновка розетки rg 45: Монтаж, подключение интернет розетки RJ-11/45 | Распиновка

Добавить комментарий Отменить ответ

Пункт.

Значение

Единица

Пара.

Значение

Единица

0.016

о.у.

0,06

о.е.

0,015

о.и.

м / с

0,06

о.и. новой упрощенной переходной модели третьего порядка асинхронной машины (как асинхронного двигателя, так и ветрогенератора) при уменьшении скорости ветра и повреждении электрической нагрузки.Во время возмущения колеблется выходная мощность ветрогенератора, а также потребляемая мощность моторной машины. Система питания восстановит стабильность, когда помехи исчезнут. С двумя моделями нельзя прийти к противоположным выводам.

6.1. Случай A

В первом случае предполагается, что начальная нагрузка составляет 200 кВт, которая внезапно увеличивается до 300 кВт примерно за 0,2 с, а затем возвращается к 200 кВт. На рисунке 4 показано, что частота системы уменьшается в ответ на внезапное увеличение нагрузки, а производная частоты показана на рисунке 5.Впоследствии система достигает новой стабильной рабочей точки, и частота медленно восстанавливается после очевидного колебания.

На рисунках 6, 7, 8 и 9 показано сравнение выходной активной и реактивной мощности традиционной упрощенной переходной модели третьего порядка, новой упрощенной переходной модели третьего порядка и подробной модели Парка асинхронного двигателя и ветрогенератора. По мере увеличения нагрузки ветрогенератор вырабатывает больше активной мощности и поглощает больше реактивной мощности.Показано, что выходная мощность новой упрощенной модели переходных процессов третьего порядка с учетом частоты более точна, чем выходная мощность традиционной упрощенной модели переходных процессов третьего порядка, и почти совпадает с выходной мощностью модели Парка.

В таблице 3 показаны накопленные ошибки между традиционной упрощенной переходной моделью третьего порядка и новой упрощенной переходной моделью третьего порядка по сравнению с подробной моделью (модель Парка).Показано, что ошибка между новой упрощенной переходной моделью с учетом частоты и подробной моделью меньше, чем между традиционной упрощенной переходной моделью и подробной моделью.

4 904 Индукционный мотор 904 9031 0,04 0,04 0,04 903


Тип машины	Относительная погрешность
Тип машины	Активная мощность	Реактивная мощность

0.00962	0,020067
Новая упрощенная модель	0,000134	0,01213
Ветрогенератор
Упрощенная модель Традиционная упрощенная модель	0,0306382

6.2. Случай B

Возмущение скорости ветра используется для анализа влияния частоты во втором случае.Чтобы выделить колебания частоты в результате изменения скорости ветра, используются предполагаемые условия ветра с начальной скоростью ветра 10 м / с, которая падает до 7 м / с и восстанавливается до 10 м / с за 0,2 с, как показано на Рисунок 10. Рисунок 14 показывает выходную мощность генератора WT. На рисунке также показано, что генерируемая ветровая энергия уменьшается в ответ на уменьшение скорости ветра, и активная мощность асинхронного двигателя поглощает уменьшение при падении напряжения. На рисунке 11 показано, что частота системы быстро уменьшается из-за несбалансированного генерирования активной мощности и нагрузки и медленно восстанавливается, когда скорость ветра возвращается к 10 м / с.

На рисунках 12-15 показано сравнение выходной активной и реактивной мощности традиционной переходной модели третьего порядка, новой упрощенной переходной модели третьего порядка с учетом частоты и подробной модели Парка асинхронного двигателя и ветрогенератор. В новой упрощенной переходной модели третьего порядка с учетом частоты выходной сигнал асинхронного двигателя и ветрогенератора может лучше отслеживать выходные данные подробной модели (модель Парка).Ошибка активной мощности меньше ошибки реактивной мощности (см. Рисунки 13 и 15).

Таблица 4 показывает, что накопленная ошибка активной мощности и реактивной мощности между новой упрощенной переходной моделью третьего порядка (как асинхронный двигатель, так и ветрогенератор) и моделью Парка меньше.

4 904 Индукционный мотор 904


Тип машины	Относительная погрешность
Тип машины	Активная мощность	Реактивная мощность

0.016065	0,02318
Новая упрощенная модель	0,003851	0,006983
Ветрогенератор
Традиционная упрощенная модель	0,03 упрощенная модель	0,04	0,02119

7. Выводы

Предлагается новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка с учетом частотных характеристик асинхронной машины.Новая модель фокусируется на влиянии колебаний частоты на динамику энергосистемы. В новых определениях переменных напряжения за реактивным сопротивлением переопределяются как линейное уравнение потокосцепления. В результате уравнение напряжения ротора не связано с производными по частоте. Новая модель переходных процессов применима для моделирования динамики энергосистемы со значительным изменением частоты. Результаты моделирования подтверждают, что новая упрощенная модель переходных процессов третьего порядка эффективна и может более точно описывать динамику асинхронной машины в отличие от традиционной упрощенной модели переходных процессов третьего порядка.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (51137002), Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов (10B101-08), Открытым фондом Цзянсуской ключевой лаборатории технологий оборудования для передачи и распределения энергии (2011JSSPD11 ), Открытый фонд Чанчжоу ключевой лаборатории интеграции фотоэлектрических систем и технологий производственного оборудования и Научно-технический фонд Чанчжоу (CE20130043).

(PDF) Модульный подход и моделирование асинхронной машины

 ISSN: 2088-8708

IJECE Vol. 6, No. 4, август 2016: 1385 — 1394

1394

сложно, поскольку модель сильно нелинейна, мы использовали преобразование трехфазного напряжения с двумя осями

, чтобы упростить многие уравнения, которые реагируют на физическое поведение машина. Используя инструмент Simulink

, мы разработали эффекты нелинейности в динамических характеристиках асинхронного двигателя и даем

пользователю доступ ко всем внутренним переменным, получая обзор функционирования машины при запуске

без загрузка и с доплатой.

Полученные результаты демонстрируют правильность разработанной модели, а также подтверждаются

результатами, опубликованными в библиографии. Таким образом, разработанная модель позволила контролировать потери асинхронной машины

, а также ее электрические, механические и магнитные характеристики. Эти аспекты

важны для промышленного использования индукционной машины. Наконец, результаты моделирования дают представление о

, выбирающем порядок асинхронной машины.

БЛАГОДАРНОСТИ

Эта работа поддержана президентом Университета Мулай Исмаил, Мекнес — Марокко.

ССЫЛКИ

[1] К. И. Ши и др., «Моделирование трехфазного асинхронного двигателя с использованием Simulink», Int. J. Elect.

Enging. Просвещение, т. 36, pp. 163–172, 1999.

[2] Н. Рахаман и Х. В. Говиндраджу, «Моделирование трехфазного асинхронного электродвигателя с электрической тягой

с использованием Matlab Simulink», Международный журнал электротехники, электроники и компьютеров. Системы (IJEECS),

том / выпуск: 2 (5,6), стр.18-25, 2014.

[3] С. Аясун и К. Нванкпа, «Испытания асинхронных двигателей с использованием MATLAB / Simulink и их интеграция в

бакалаврских курсов по электрическому оборудованию

», IEEE Transactions on Education, vol / issue: 48 (1), 2005.

[4] Э. Анбарасу и М. Картикеян, «Моделирование асинхронного двигателя и анализ неисправностей», Международный журнал

Технические науки и инновационные технологии (IJESIT), том / выпуск: 2 (4 ), 2013.

[5] E. Delaleau, et al., «Моделирование и управление асинхронными двигателями», Междунар. J. Appl. Математика. Comput. Sci, vol / issue: 11 (1),

pp. 105-129, 2001.

[6] Х. Арабачи и О. Билгин, «Беличья клетка для моделирования асинхронных двигателей с помощью Simulink», Международный журнал

Моделирование и оптимизация, том / выпуск: 2 (3), стр. 324-327, 2012.

[7] С. Иссак и К. Ванамати, «Моделирование одностороннего линейного асинхронного двигателя с помощью MATLAB / SIMULINK»,

Международный журнал мягких вычислений и инженерии, том / выпуск: 2 (3), стр.492-494, 2012.

[8] Б. Лян А. и др., «Моделирование и обнаружение неисправностей трехфазных асинхронных двигателей», Математика и компьютеры

в моделировании, том / выпуск: 61 (1) , pp. 1-15, 2002.

[9] PM Palpankar, et al., «Обобщенная динамическая модель асинхронного двигателя с использованием Simulink», Transactions on

Electrical and Electronics Engineering (ITSI-TEEE), том / выпуск : 1 (5), pp.118-122, 2013.

[10] М. Вечорек и Э. Розозовски, «Моделирование асинхронного двигателя для моделирования внутренних неисправностей», Современные

Электроэнергетические системы, т. выпуск: 3 (9), с.29-35, 2010.

[11] М. Аркан и др., «Моделирование асинхронных двигателей с межвитковыми КЗ для диагностики», Electric

Power Systems Research, том / выпуск: 75 (1) , pp. 57-66, 2005.

[12] TC Nwodo, «Инструменты моделирования для моделирования электрических машин: обучение и исследования», Nigerian Journal of

Technology, vol / issue: 24 (1), pp. 33- 37, 2015.

[13] С.К. Джайн и др., «Моделирование и моделирование асинхронного двигателя», Международный журнал инженерных исследований

и развития, том / выпуск: 10 (4), стр.57-61, 2014.

[14] Р. Сингх и др., «Сравнительное исследование ШИМ-регулирования и ПИ-регулирования асинхронного двигателя», Бюллетень электротехники

Инженерия и информатика, том / выпуск: 4 (1) , pp. 53-58, 2015.

[15] Мохан К. С. и Фебин Дайя Дж. Л. «Схемы оценки скорости на основе модели машины для асинхронных приводов

без датчика скорости: обзор», Бюллетень электротехники и Информатика, том / выпуск: 4 (1), стр. 7-17,

2015.

Типы двигателей | Renesas

Матовый двигатель постоянного тока

Поскольку этот тип двигателя приводится в действие источником постоянного тока, его также называют просто двигателем постоянного тока.Чтобы отличить его от синхронного двигателя с постоянными магнитами (бесщеточный двигатель постоянного тока), мы будем называть его щеточным двигателем постоянного тока. Поскольку щеточный двигатель постоянного тока сравнительно экономичен и прост в управлении, он используется в широком диапазоне применений.

Щеточный двигатель постоянного тока генерирует крутящий момент путем механического переключения направления тока в координации с вращением с помощью коммутатора и щеток. К недостаткам щеточного двигателя постоянного тока относится необходимость технического обслуживания из-за износа щеток и возникновения электрических и механических шумов.Коэффициент заполнения ШИМ можно регулировать с помощью микроконтроллера и т. Д. Для изменения приложенного напряжения, что позволяет контролировать скорость вращения и положение.

Приложения

Игрушки
Электроинструменты
Автомобильные электронные компоненты

Синхронный двигатель с постоянным магнитом (бесщеточный двигатель постоянного тока)

Уберите коллектор и щетки, которые являются недостатками щеточного двигателя постоянного тока, и вы получите синхронный двигатель с постоянными магнитами (бесщеточный двигатель постоянного тока).

Из-за отсутствия щеток бесщеточный двигатель постоянного тока имеет длительный срок службы и низкий уровень шума. Кроме того, он может обеспечить высокую эффективность, поэтому он используется в широком спектре приложений, включая энергосберегающие бытовые приборы и длительные промышленные приложения.

Есть два основных типа конструкции, различающиеся тем, как магнит установлен на роторе.

Поверхностный постоянный магнит (SPM): у этого типа постоянный магнит прикреплен к внешней стороне ротора, а магнитная проницаемость постоянна во всех положениях.
Внутренний постоянный магнит (IPM): этот тип имеет постоянный магнит, встроенный в ротор, и, поскольку магнитная проницаемость изменяется в зависимости от положения, можно использовать реактивный момент.

Поскольку не существует структуры для механического переключения направления тока, это необходимо выполнять электронным способом с использованием схемы инвертора. При возбуждении схемы инвертора с помощью микроконтроллера и т. Д. К статору прикладывается трехфазное напряжение переменного тока, создавая вращающееся магнитное поле.

Формы сигналов

можно разделить на следующие два основных типа.

Привод с трапецеидальной (прямоугольной) волной.
Привод синусоидальной волны: Приводится путем подачи напряжения синусоидальной формы для подавления вибрации, шума и пульсации крутящего момента, которые возникают при использовании привода с трапецеидальной волной. Во многих случаях векторное управление (управление, ориентированное на поля) используется для линейно независимого управления крутящим моментом и фазой.Поскольку крутящий момент пропорционален приводному току, высокоскоростное и высокоточное управление положением и скоростью возможно за счет добавления датчиков положения и скорости.

Для эффективного движения необходимо определить положение ротора (магнита). Датчики Холла, энкодеры и резольверы используются для определения положения. Из-за температурных ограничений датчиков и соображений стоимости бывают случаи, когда положение ротора (магнита) оценивается по трехфазному току или наведенному напряжению без использования датчиков (оценка положения без датчиков).

В целом, в промышленных системах в основном используется сенсорный метод, а в бытовых приборах — бессенсорный метод оценки положения.

Приложения

Кондиционеры
Стиральные машины
Холодильники
Электроинструменты
Сервоприводы
Роботы
Компрессоры
Жесткие диски (HDD)
Автомобильные электронные компоненты

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель — это асинхронный двигатель, приводимый в действие трехфазным источником переменного тока.Вращающееся магнитное поле создается путем пропускания трехфазного переменного тока через статор, а индуцированный ток создается в роторе за счет электромагнитной индукции. Это вращающееся магнитное поле и индуцированный ток создают электромагнитную силу, которая заставляет ротор вращаться. Поскольку магнитное поле должно перемещаться относительно ротора, чтобы генерировать индуцированный ток, скорость вращения ротора всегда ниже, чем синхронная скорость вращающегося магнитного поля.Разница между частотой вращающегося магнитного поля и частотой, эквивалентной скорости вращения, называется частотой скольжения. Создаваемый крутящий момент пропорционален частоте скольжения.

Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую и прочную конструкцию. Поскольку он прост в использовании для двигателей большой мощности и имеет относительно хороший КПД, он часто используется в промышленных сегментах. Однако из-за вышеупомянутой частоты скольжения он не подходит для управления положением.

Во многих случаях трехфазный переменный ток, используемый на заводах и т. Д., Вводится напрямую для привода двигателя с постоянной скоростью. Для энергосберегающих приложений с регулируемой скоростью, которые ценят эффективность, двигатель может иметь инверторный привод для управления крутящим моментом и скоростью вращения.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазные асинхронные двигатели — это тип асинхронных двигателей, которые, как следует из названия, работают от однофазного источника переменного тока.Поскольку самозапуск невозможен при однофазном переменном токе, двигателю требуется способ запуска.

Однофазные асинхронные двигатели можно разделить на следующие три основных типа, в зависимости от способа их запуска.

Конденсатор: Конденсатор разделяет фазы для создания двухфазного переменного тока для получения пускового момента.
Разделенная фаза: Катушка стартера с низкой индуктивностью используется для получения пускового момента.
Затененный полюс: Затененный полюс производит наведенный ток, который используется для получения пускового момента.

Во многих случаях однофазный переменный ток, используемый в домах и т. Д., Вводится напрямую для приведения в действие двигателя с постоянной скоростью. Фазой переменного напряжения можно управлять с помощью симистора для управления скоростью вращения.

Приложения

Холодильники
Вентиляторы
Пылесосы
Компрессоры

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель изменяет положение ротора ступенчатым образом, переключая диаграмму напряжения, которая прикладывается к обмотке статора.Поскольку количество переключений диаграммы напряжения и угол поворота диаграммы напряжения находятся в точной пропорции, положение можно контролировать без какой-либо обратной связи. К недостаткам шагового двигателя относятся небольшой крутящий момент, неспособность справляться с резкими изменениями нагрузки и подверженность вибрации, которая снижает эффективность.

Шаговые двигатели

можно разделить на следующие три основных типа.

Переменное сопротивление (VR): Также называется реактивным электродвигателем с регулируемым сопротивлением (двигатель SR).Это низкая стоимость, потому что нет магнита, но недостатком является низкая эффективность.
Постоянный магнит (PM): поскольку используется постоянный магнит, крутящий момент и эффективность относительно высоки. Кроме того, положение можно удерживать, даже когда ток не течет.
Hybrid (HB): объединяет типы VR и PM для двигателя с хорошим разрешением, относительно крутящим моментом и эффективностью.

Существует четыре основных типа вождения.

Однофазное возбуждение: управляет, пропуская ток через любую однофазную обмотку по порядку.
Двухфазное возбуждение: Приводится путем пропускания тока через любую двухфазную обмотку по порядку.
Однофазное возбуждение: объединяет однофазное возбуждение и двухфазное возбуждение для увеличения угла шага в два раза.