Принцип работы электродвигатель с фазным ротором: Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Содержание

Асинхронный двигатель с фазным ротором: устройство, принцип работы (видео)

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет очень обширную область обслуживания. АД (асинхронный двигатель) чаще применяется в управлении двигателями большой мощности. Обслуживание и управление приводов мельниц, станков, насосов, кранов, дымососа, дробилок. Асинхронный двигатель с массивным ротором даёт возможность подключения множества технических механизмов.

Характеристика асинхронного двигателя

Преимущества использования:

  • Запуск двигателя с нагрузкой, подключение к валу благодаря созданию большого момента вращения. Это обеспечивает обслуживание асинхронных двигателей с фазовым элементом любой мощности.
  • Возможность постоянной скорости вращения большой или маленькой нагрузки
  • Регулирование автоматического пуска.
  • Работа даже при перегрузке тока напряжения.
  • Простота использования.
  • Невысокая стоимость.
  • Надёжность применения.

Недостатки применения

  • Использование резисторов увеличивается стоимость, а работа двигателя усложняется,
  • Большие размеры,
  • Значение КПД меньше, чем короткозамкнутых роторов,
  • Трудное управление скоростью вращения,
  • Регулярный капитальный ремонт .

Схема подключения

При подключении к току начинают работать реле времени. Контакты размыкаются. При нажатии тумблера происходит пуск.

Чтобы подключить АД нужно правильно обозначить концы и начала обмоток фазы.

Устройство двигателя

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.

Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название беличья клетка. Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.

Схема переключения электрической цепи со звезды на треугольник

Принцип работы

В основе АД лежит вращение поля магнитов. В область обмотки трёхфазного статора поступает ток, а в фазах возникает поток магнитов, изменяемый в зависимости от скорости и частоты постоянной электрической мощности. При статорном вращении возникает электродвижущая сила.

В роторную обмотку подходит напряжение, которое совместно с постоянным магнитным потоком статора образует пуск. Он стремится направить ротор по магнитному вращению статора и при достижении превышения момента торможения, приводит к скольжению. Оно выражает отношение между частотами статорного силового поля магнитов и скоростью роторного вращения.

Чертеж режима кз

При балансе между моментами электромагнита и торможения, перемена значений остановится. Особенность эксплуатации АД – сольватация кругового движения силового поля статора и им наводящих токов в роторе. Момент вращения возникает лишь при разнице частот круговых движений магнитных полей.

Машины различают синхронные, асинхронные. Разница механизмов в их обмотке. Она образует магнитное поле.

Неподвижность ротора и замыкание обмотки приводит к короткому замыканию (кз).

Расчёт числа повторений

Возьмём m1 – процесс повторения постоянного поля магнитов и ротора. Система фазы переменного тока образуют вращение поля магнитов.

Данные расчета считаются по формуле:

m1=60f1/p

f1– частота электричества$

p – количество полюсных пар каждой обмотки статора.

m2 – процесс повторения вращения ротора. Имея различное количество одновременных повторений, данная скорость частоты будет асинхронной. Определение расчёта частоты проводится по соотношению между данными:

(m2≠m1)

Асинхронный электродвигатель работает только при асинхронной частоте.

(m2<,m1)

При одновременном вращении статора и ротора, расчет скольжения будет равняться нулю.

Двухроторный АД используется для привода разных механизмов. Различие двухроторного двигателя заключается присутствием в конструкции двух роторов. Второй ротор выполняет функцию вспомогательную, может вращаться с другой скоростью. Вспомогательный ротор представляет собой внутренний хомут для замыкания постоянного потока магнитов, охлаждения электродвигателя. Недостаток двухмоторного асинхронного двигателя в низком КПД от использования ферромагнитного вспомогательного ротора.

В ходе исследования двухроторных машин достигаются близкие данные скоростик желаемым, когда вспомогательный ротор имеет максимальные вентиляционные зазоры. Полый ротор установлен на ступице, его вал расположен внутри цилиндра. При вращении вспомогательного ротора вентиляция работает по принципу центробежного вентилятора. Для увеличения пускового момента и большей электрической нагрузки полый ротор должен регулироваться, перемещаясь вдоль вала, с установленным штифтом, конец чего входит в паз ступицы ротора.

Данные для расчета:

Реостатный пуск

Часто для включения двигателя безмощных пусковых моментов оказывают нужное действие реостаты. Схема реостатного способа:

Главной характеристикой метода является присоединение двигателя при пуске к реостатам. Реостаты разрываются (на чертеже К1), на них идет частично электрический ток. Что дает возможность уменьшить пусковые токи. Пусковой момент тоже снижается. Преимущество реостатного способа заключается в снижении нагрузки на механическую часть и нехватку напряжения.

Ремонт и характеристики неисправностей

Причиной ремонта могут служить внешние и внутренние причины.

Внешние причины ремонта:

  • обрыв провода или нарушение соединений с электрическим током,
  • сгорание предохранителей,
  • понижение или повышения напряжения,
  • перегруженность АД,
  • неравномерная вентиляция в зазоре.

Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.

Механические причины ремонта:

  • неправильное регулирование зазора подшипников,
  • повреждение вала ротора,
  • расшатывание щеткодержателей,
  • возникновение глубоких выработок,
  • истощение креплений и трещины.

Электрические причины ремонта:

  • замыкания витков,
  • поломка провода в обмотках,
  • пробивание изоляции,
  • пробой пайки проводов.

Данные причины – это далеко не полный список поломок.

Асинхронный двигатель – незаменимый и важный механизм, применяемый для обслуживания быта и различных отраслей промышленности. Для практического действия АД с фазным ротором необходимо знать техническую характеристику управления, использовать его по назначению и регулярно проводить ремонт при технических осмотрах. Тогда асинхронный двигатель станет практически вечной эксплуатации.

Фазный ротор электродвигателя

Широкое распространение асинхронного электродвигателя (АД) вызвано его надежностью и простотой конструкции. Статор такого двигателя стандартный, представляет собой изготовленный из пластин электростатической стали полый цилиндр с трехфазной обмоткой. Ротор же может быть короткозамкнутым и фазным. Последний вариант получил более широкое распространение по ряду причин, хотя его конструкция намного сложнее, чем у короткозамкнутого ротора.



 

Конструкция фазного ротора


 

Фазный ротор  АД конструктивно напоминает его статор. Основа ротора набирается из пластин электростатической стали, которые насаживаются на вал. Конструкция имеет продольные пазы, в которые укладываются витки катушек фазной обмотки. Количество фаз ротора строго соответствует количеству фаз статора. Для подключения обмотки ротора к цепи, на валу последнего устанавливаются 3 контактных кольца, к которым подведены концы обмотки, находящиеся в соприкосновении с токопроводящими щетками. В свою очередь щетки имеют выходы в коробку корпуса, что позволят подключать внешнее дополнительное сопротивление.

В зависимости от напряжения сети, фазы обмотки соединяются “треугольником” или “звездой”. Оси катушек двухполюсного электродвигателя смещены на 120 градусов относительно друг друга.

Контактные кольца изготавливаются из латуни или стали. На вал они посажены с обязательной изоляцией между собой. Щетки расположены на щеткодержатле, изготовлены из металлографита, к кольцам прижимаются посредством пружин.


Зачем нужно добавочное сопротивление?

Добавочное сопротивление служит для запуска двигателя с нагрузкой на его валу. Как только достигаются номинальные обороты вала, сопротивление отключается за ненадобность, а кольца закорачиваются. В противном случае работа электродвигателя будет нестабильной, возникнут потери КПД.

Роль добавочного внешнего сопротивления, как правило, выполняет ступенчатый реостат. В этом случае двигатель будет разгонятся тоже ступенчато. Часто используются устройства, способные поднять КПД двигателя, при этом избавляя щетки от излишнего трения о кольца. После разгона устройство поднимает щетки и замыкает кольца.

Для реализации автоматического пуска электродвигателя используется подключенная индуктивность к обмотке ротора. Дело в том, что в тот момент, когда осуществляется пуск, в роторе показатели индуктивности и частоты тока максимальны. При разгоне двигателя эти показатели падают, а в конечном итоге двигатель выходит на нормальный рабочий режим.


Отличие короткозамкнутого ротора от фазного

В короткозамкнутом роторе электродвигателя, в отличие от фазного варианта, нет обмоток. Их заменяют замкнутые с торцов между собой кольцами стержни, изготовленные из алюминия или меди. Визуально конструкция такого ротора напоминает беличье колесо, от чего он и получил свое название — “беличья клетка”.

Короткозамкнутый ротор приводится во вращение за счет наведения тока магнитным полем статора. Чтобы исключить пульсирование магнитного поля в роторе, стержни “беличьей клетки” располагаются параллельно между собой, но под наклоном относительно оси вращения. АД с короткозамкнутым ротором обладают высокой надежностью за счет отсутствия щеток, которые со временем перетираются. Кроме того, их стоимость меньше, чем у вариантов с фазным ротором.


Преимущества и недостатки электродвигателя с фазным ротором

Широкое распространение АД с фазным ротором получил за счет ряда серьезных преимуществ перед другими машинами подобного рода. Среди них следует отметить большой вращающий момент при запуске, а также относительно постоянную скорость вращения даже при высоких нагрузках. Такие электродвигатели для запуска требуют меньший пусковой ток, а конструкция позволяет использовать автоматические пусковые устройства. Кроме того, эти электрические машины хорошо переносят продолжительные перегрузки.

Как и любой электрический механизм, электродвигатели с фазным ротором имеют ряд недостатков:

  • Чувствительность к перепадам напряжения;
  • Большие габаритные размеры
  • Высокая стоимость;;
  • Более сложная конструкция за счет цепи ротора с добавочным сопротивлением;
  • Меньшие показатели коэффициента мощности и КПД (относительно АД с короткозамкнутым ротором).

  Область применения электродвигателей с фазным ротором

Ад с фазным ротором, за счет высокого крутящего момента, низких пусковых токов и способности долговременно работать при повышенных нагрузках, используются там, где необходима большая мощность электродвигателя, но нет необходимости плавно регулировать скорость вращения в широких диапазонах. Кроме того, эти машины отлично приспособлены под пуск с нагрузкой на валу.

За счет высокой производительности, наиболее часто АД с фазным ротором используются на различном серьезном, тяжелом силовом оборудовании, например, подъемных кранах, лифтовых приводах, станках, различных подъемниках. Иными словами, эти двигатели используются там, где есть необходимость запуска под нагрузкой, а не на холостом ходу.


  Проверка электродвигателя с фазным ротором


Как известно, электродвигатели с фазным ротором имеют обмотки как на статоре, так и на роторе, что повышает вероятность выхода из строя именно одной из них.

Для проверки обмоток статора трехфазного АД на целостность, необходимо добраться до клемм их подключения. Затем нужно произвести замеры сопротивлений между фазными клеммами по отдельности, предварительно сняв перемычки. Если сопротивление какой-либо обмотки меньше, чем у других, это свидетельствует о замыкании между ее витками. В этом случае двигатель отдается на перемотку.

Для проверки обмоток ротора, необходимо отыскать выводы от контактных колец. Затем нужно убедиться, что сопротивления обмоток совпадают. Если конструкция электродвигателя предусматривает наличие системы отключения обмоток ротора, отсутствие контакта может быть обусловлено именно поломкой данного механизма, а не обрывом витков.

О наличие какой-либо неисправности АД могут свидетельствовать следующие факторы:


  • Снижение скорости вращения при нагрузке. Характерно для высокого сопротивления в цепи ротора, слабого контакта в его обмотке, низкого напряжения электросети
  • Разворачивание АД, когда цепь ротора разомкнута – КЗ в обмотке ротора
  • Чрезмерное равномерное повышение температуры двигателя – длительная перегрузка АД или его недостаточное охлаждение
  • Нагрев статорной обмотки местного характера – двойное замыкание катушек статора на корпус или между фазами, КЗ между витками, неверное подключение катушек в фазе между собой
  • Нагрев стали статора местного характера – нарушение изоляции между листами стали, их оплавление и выгорание, замыкание
  • Посторонний шум при работе АД. Может быть вызван как выходом из строя подшипников, так и недостаточной запрессовкой активной стали. Определяется на слух по характеру постороннего шума
  • Перегорание в обмотке якоря предохранителей, отсутствие контакта в подводящей проводке, выход из строя реостата

 Для самостоятельной диагностики и исправления неисправностей электродвигателя необходимыми являются хотя-бы минимальные познания в устройстве АД и электрических цепях в целом. Все же крайне не рекомендуется самостоятельно заниматься ремонтом электродвигателя с фазным ротором, так как это может привести к поражению электрическим током.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

 

Полезная модель направлена на увеличение срока службы электродвигателя и повышение его надежности, за счет повышения его механической прочности и улучшения электрического сопротивления изоляции обмоток, облегчение обслуживания щеточно-коллекторного узла, замены узла контактных колец и щеток, а также защиту от внешних воздействий. Указанный технический результат достигается тем, что асинхронный электродвигатель с фазным ротором содержит статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах. Выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. При этом узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом. На заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей. Узел контактных колец и щеткодержатели с щетками защищены кожухом, который установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами. Коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в заднем подшипниковом щите выведены в коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для выводов обмоток статора и ротора. На валу ротора со стороны противоположной щеточно-коллекторному узлу закреплен вентилятор. Корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи. 1 ил.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электрическим двигателям, предназначенным для преобразования электрической энергии во вращательно-механическую и может быть использован для приводов различных механизмов, в том числе для крановых механизмов подъема и передвижения, работающих в тяжелых механических, вибрационных условиях и на открытом воздухе вне помещений.

Известен асинхронный двигатель с фазным ротором [Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, B.C. Хвостов. Электрические машины: В 2-х ч. 4.1. М.: Высш. шк., 1987. — С. 216 — 217.], выбранный в качестве прототипа, на статоре которого расположена трехфазная обмотка. Ротор, имеющий трехфазную обмотку с тем же числом полюсов, размещен внутри корпуса статора на подшипниках, установленных в подшипниковых щитах. Подшипники зафиксированы крышками подшипников. Три вывода обмотки ротора соединены с тремя контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. Узел коллекторных колец закреплен на валу ротора с помощью стопорных винтов. К крышке подшипника прикреплен кожух щеточно-коллекторного узла, выполненный из тонкого материала. На кожухе щеточно-коллекторного узла изнутри закреплены щеткодержатели с расположенными на них щетками. С помощью щеток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат. Этот двигатель снабжен двумя коробками выводов. Одна из них расположена сбоку корпуса статора и служит для подвода питания к двигателю. Другая коробка выводов расположена на кожухе щеточно-коллекторного узла. К ней подведены коммутационные провода со щеткодержателей. Корпус статора выполнен с окнами для вентиляции.

Размещение щеткодержателей на кожухе щеточно-коллекторного узла не обеспечивает достаточной жесткости прилегания щеток к контактным кольцам, и это часто вызывает искрение в щеточном контакте. Крепление кожуха щеточно-коллекторного узла электродвигателя ненадежно. Такой двигатель не может работать вне помещений и при вибрациях не выдерживает механических нагрузок.

Кроме того, открытое исполнение корпуса статора неблагоприятно влияет на изоляцию обмоток статора и ротора, так как при вращении ротора происходит засасывание внутрь двигателя пыли и влаги.

Задачей полезной модели является увеличение срока службы электродвигателя и повышение его надежности, за счет повышения его механической прочности и улучшения

электрического сопротивления изоляции обмоток, облегчение обслуживания щеточно-коллекторного узла, замены узла контактных колец и щеток, а также защита от внешних воздействий.

Поставленная задача решена за счет того, что асинхронный электродвигатель с фазным ротором, также как в прототипе, содержит статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах. Выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. Узел контактных колец и щеткодержатели с щетками защищены кожухом, а снаружи статора расположена коробка выводов.

Новым является то, что, узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом. На заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей. Кожух щеточно-коллекторного узла, установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами. Коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в заднем подшипниковом щите выведены в одну коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для обмоток статора и ротора. На валу ротора со стороны противоположной щеточно-коллекторному узлу закреплен вентилятор, а корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи.

За счет предложенного выполнения щеточно-коллекторного узла и закрытого исполнения корпуса асинхронного электродвигателя обмотки статора и ротора не подвергаются атмосферному воздействию, исключается попадание на них пыли из атмосферы и токопроводящей графитовой пыли, появляющейся при износе щеток, что повышает электрическое сопротивление изоляции обмоток.

Надежное крепление всех элементов щеточно-коллекторного узла существенно повышает механическую и вибрационную прочность электродвигателя в целом.

В то же время предложенная конструкция электродвигателя облегчает обслуживание щеточно-коллекторного узла и замену, в случае необходимости, узла контактных колец и щеток.

Наличие одной общей коробка выводов обмоток статора и ротора, расположенной на корпусе статора обеспечивает удобство подключения электродвигателя к питающей сети и пускорегулирующим реостатам.

Таким образом, за счет вышеперечисленного срок службы таких асинхронных электродвигателей с фазным ротором повышается в 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором состоит из статора в закрытом корпусе 1, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен фазный ротор 2 на подшипниках 3, установленных на переднем 4 и на заднем 5 подшипниковых щитах.

Подшипник 3 зафиксирован крышкой подшипника 6 для возможности регулирования осевого перемещения ротора 2 относительно статора.

В части вала ротора 2 выполнены обнижения или отверстия для размещения в них выводных проводов 7 обмоток ротора для замыкания электрической цепи через узел контактных колец 8, минуя подшипник 3.

Узел контактных колец 8 размещен на шпоночном пазу конца вала фазного ротора 2 и зафиксирован посредством шпонки 9 стопорным кольцом 10.

На заднем подшипниковом щите 5 параллельно валу ротора 2 жестко закреплен палец 11 для щеткодержателей 12с щетками.

Коммутационные провода 13 щеткодержателей 12 через отверстие 14 в заднем подшипниковом щите 5 заведены в коробку выводов 15, расположенную сверху корпуса статора на одну клеммную колодку 16 статора и ротора.

Щеточно-коллекторный узел защищен кожухом 17, установленным на глубокий посадочный замок 18 на заднем подшипниковом щите 5 и дополнительно закреплен болтами 19 по посадочному замку 18.

Электродвигатель снабжен вентилятором 20, закрепленным на валу ротора шпонкой.

Корпус статора выполнен с горизонтальным оребрением снаружи.

Принцип работы предложенного асинхронного электродвигателя с фазным ротором не отличается от принципа работы обычных электродвигателей с фазным ротором.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором, содержащий статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах, при этом выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами узла контактных колец, вращающегося вместе с валом ротора, контактные кольца и щеткодержатели с щетками защищены кожухом коллекторного узла, снаружи статора расположена коробка выводов, отличающийся тем, что узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом, на заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей, кожух щеточно-коллекторного узла установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами по посадочному замку, при этом коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в этом подшипниковом щите выведены в одну коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для статора и ротора, на валу ротора со стороны, противоположной щеточно-коллекторному узлу, закреплен вентилятор, а корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором принцип работы

Надёжность электродвигателя это одно из важнейших качеств его. Обычно она связана с простотой конструкции. Чем проще конструкция, тем надёжнее движок. Эта зависимость подтверждается асинхронными электродвигателями. Они получили самое широкое распространение из всех электродвигателей именно по причине простоты устройства и надёжности. В них реализован самый простой способ получения крутящего момента на валу движка. Максимум магнитного поля статора перемещается вокруг вала, вызывая его ответную реакцию.

Причины появления фазного ротора в асинхронном двигателе

Реакция ротора вызвана током, который возникает в нём. Ведь по своей сути статор является первичной обмоткой трансформатора. А ротор – его вторичная обмотка. При неподвижном роторе величина тока в нём максимальна. Это объясняется тем, что скорость перемещения максимума магнитного поля статора относительно вала получается максимальной. Такой режим асинхронного движка аналогичен включению трансформатора с вторичной обмоткой замкнутой накоротко.

А поскольку обмотки взаимосвязаны магнитопроводом, который в асинхронном двигателе разделён на железо вращающейся части его и сердечник статора, в обмотке статора тоже получается максимум величины тока. Если мощность электросети недостаточна для того, чтобы при пуске асинхронных движков поддержать напряжение в пределах необходимого значения, применяются меры по уменьшению пускового тока этих двигателей. Это делается либо при помощи специальных схем, которые позволяют регулировать токи в обмотках статора, либо использованием асинхронных движков специальной конструкции – с фазным ротором.

Как устроен фазный ротор?

Фазный ротор содержит обмотки в виде катушек с витками. Эти катушки соединены по схеме «звезда». Конец каждой обмотки соединён с ответствующим кольцом. При подаче напряжения на статор на каждом кольце появляется напряжение. В скользящем контакте с кольцом находится щётка, которая даёт возможность подключения внешних элементов. Эти элементы являются частью схемы управления. Она получается более простой, по сравнению с теми схемами, которыми движок управляется со стороны статора. Чаще всего схема управления содержит набор резисторов.

Они подключаются по мере разгона вала. Хотя такой способ управления пуском асинхронного двигателя не самый экономичный, он наиболее часто применяется на практике в силу своей простоты и минимума коммутационных помех. Ограничение тока ротора это не только возможность плавного запуска двигателя, но и ограничение скорости вращения вала. Но тогда более рациональным решением будет использование индуктивностей вместо резисторов. Иллюстрации, показывающие особенности конструкции асинхронного движка с фазным ротором показаны далее.

При автоматическом управлении лучше всего применять реле или полупроводниковые коммутаторы, которые параллельно стартовому резистору подключают новые резисторы, постепенно уменьшая их суммарное сопротивление до нуля с шунтированием всех резисторов последним коммутатором или контактами реле. Для наиболее плавного пуска необходимо использовать реостат 1, который на схеме слева включён в электрической цепи ротора и своими ползунками 5 соединён с кольцами 2 через клеммы щёток 3. Движок начинает работать после замыкания контактов рубильника 4. При этом ползунки реостата должны быть установлены в положение «Пуск».

В этом положении сопротивлении реостата максимально. Вал движка начинает вращаться. Перемещение ползунка будет приводить к разгону вала до максимальной скорости, которая появится при нулевом значении сопротивлении реостата. Однако есть ещё одно следствие такой регулировки двигателя с фазным ротором. Меняется связь крутящего момента и скольжения. Этот эффект показан на графике ниже. При определённой величине сопротивления в цепи ротора максимум крутящего момента смещается в сторону более высоких оборотов движка, как на кривой 2. Кривая 1 соответствует нулевому значению сопротивления в цепи фазного ротора.

При нулевом сопротивлении кольца, по сути, замкнуты накоротко. Щётки и кольца из-за трения изнашиваются. А поскольку после завершения разгона вала этот узел фактически не используется его целесообразно исключить из процесса работы. По этой причине асинхронный двигатель с фазным ротором предусматривает специальный механизм. Он отодвигает щётки от колец и одновременно замыкает последние накоротко. В результате кольца и щётки работают намного дольше по сравнению с тем вариантом, который предусматривает их непрерывный контакт.

Простота и надёжность асинхронных двигателей основана на конструкции ротора. Но именно это обстоятельство и создаёт проблемы с их эксплуатацией. Большие пусковые токи в некоторых случаях неприемлемы настолько, что оправдывается более сложная и дорогостоящая намоточная конструкция ротора с кольцами и щётками. Тогда и применяют асинхронный двигатель с фазным ротором. Но более сложная конструкция и цена их в сравнении с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором оправдывается также и тем, что они позволяют получить величину крутящего момента в рабочем режиме при меньших габаритах и массе. Поэтому эти особенности делают асинхронные двигатели с фазным ротором в ряде случаев наиболее предпочтительными.

Подписка на рассылку

Рис. 1. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором Асинхронные электродвигатели с фазным ротором (рис. 1) характеризуются лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. Основными компонентами любых электродвигателей являются статор и ротор. В качестве статора используется шихтованный магнитопровод, запрессованный в станину (рис. 2). Три катушки, оси которых расположены под углом 120 градусов друг к другу, уложены в пазах магнитопровода. В зависимости от используемого напряжения, фазы обмоток соединяются по одной из известных в электротехнике схем: «треугольник» или «звезда».

Ротор имеет вид цилиндра. Он собран из специальных листов, изготовленных из электротехнической стали, расположенных на валу. Обмотка ротора тоже трехфазная. При этом в ней содержится такое же количество пар полюсов, что и в обмотке статора. Концы фазных катушек соединяются с контактными кольцами, которые закреплены также на валу. Выход во внешнюю цепь осуществляется с помощью специальных металлографитовых щеток.

Электродвигатели с фазным ротором характеризуются следующими особенностями, выгодно отличающими их от двигателей с короткозамкнутым ротором:

  • большим начальным вращающим моментом;
  • возможностью кратковременно перегружать механически;
  • практически постоянной скоростью вращения при возможных перегрузках;
  • меньшим пусковым током;
  • возможностью применять автоматические пусковые устройства.

Каталог асинхронных электродвигателей богат и разнообразен, так как они находят применение во многих отраслях народного хозяйства. Такие электродвигатели отличаются как своими характеристиками, так и назначением. Так, если рассматривать условия их работы, то двигатели бывают открытого, защищенного, закрытого и взрывоопасного исполнения. Если за основу брать способ охлаждения, то их можно поделить на 4 группы:

  • естественного воздушного охлаждения;
  • с внутренней самовентиляцией;
  • с наружной самовентиляцией;
  • независимого охлаждения.

По рабочему положению, двигатели бывают горизонтального и вертикального исполнения.

Двигатели снабжаются техническим паспортом, который содержит основные характеристики асинхронных электродвигателей. Рассмотрим расшифровку этих данных на примере двигателя типа 4А10082УЗ, относящегося к асинхронным двигателям серии 4А. Из маркировки следует, что высота оси вращения равна 100 мм, корпус короткий; является двухполюсным, климатическое исполнение — У, категория — 3. Кроме того, принято указывать количество фаз и частоту переменного тока, а также номинальную мощность и коэффициент мощности двигателя (cos φ).

Асинхронные двигатели широко применяются в различных сферах: металлургии, экструдерах, машинах для литья, печатных и упаковочных оборудованиях, в станках с ЧПУ, в пищевой и текстильной промышленности и так далее.

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет очень обширную область обслуживания. АД (асинхронный двигатель) чаще применяется в управлении двигателями большой мощности. Обслуживание и управление приводов мельниц, станков, насосов, кранов, дымососа, дробилок. Асинхронный двигатель с массивным ротором даёт возможность подключения множества технических механизмов.

  • Характеристика асинхронного двигателя
  • Схема подключения
  • Устройство двигателя
  • Принцип работы
  • Расчёт числа повторений
  • Реостатный пуск
  • Ремонт и характеристики неисправностей

Характеристика асинхронного двигателя

Преимущества использования:

  • Запуск двигателя с нагрузкой, подключение к валу благодаря созданию большого момента вращения. Это обеспечивает обслуживание асинхронных двигателей с фазовым элементом любой мощности.
  • Возможность постоянной скорости вращения большой или маленькой нагрузки
  • Регулирование автоматического пуска.
  • Работа даже при перегрузке тока напряжения.
  • Простота использования.
  • Невысокая стоимость.
  • Надёжность применения.
  • Использование резисторов увеличивается стоимость, а работа двигателя усложняется;
  • Большие размеры;
  • Значение КПД меньше, чем короткозамкнутых роторов;
  • Трудное управление скоростью вращения;
  • Регулярный капитальный ремонт .

Схема подключения

При подключении к току начинают работать реле времени. Контакты размыкаются. При нажатии тумблера происходит пуск.

Чтобы подключить АД нужно правильно обозначить концы и начала обмоток фазы.

Устройство двигателя

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.

Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название «беличья клетка». Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.

Схема переключения электрической цепи со звезды на треугольник

Принцип работы

В основе АД лежит вращение поля магнитов. В область обмотки трёхфазного статора поступает ток, а в фазах возникает поток магнитов, изменяемый в зависимости от скорости и частоты постоянной электрической мощности. При статорном вращении возникает электродвижущая сила.

В роторную обмотку подходит напряжение, которое совместно с постоянным магнитным потоком статора образует пуск. Он стремится направить ротор по магнитному вращению статора и при достижении превышения момента торможения, приводит к скольжению. Оно выражает отношение между частотами статорного силового поля магнитов и скоростью роторного вращения.

Чертеж режима кз

При балансе между моментами электромагнита и торможения, перемена значений остановится. Особенность эксплуатации АД – сольватация кругового движения силового поля статора и им наводящих токов в роторе. Момент вращения возникает лишь при разнице частот круговых движений магнитных полей.

Машины различают синхронные, асинхронные. Разница механизмов в их обмотке. Она образует магнитное поле.

Неподвижность ротора и замыкание обмотки приводит к короткому замыканию (кз).

Расчёт числа повторений

Возьмём m1 – процесс повторения постоянного поля магнитов и ротора. Система фазы переменного тока образуют вращение поля магнитов.

Данные расчета считаются по формуле:

f1– частота электричества$

p – количество полюсных пар каждой обмотки статора.

m2 – процесс повторения вращения ротора. Имея различное количество одновременных повторений, данная скорость частоты будет асинхронной. Определение расчёта частоты проводится по соотношению между данными:

Асинхронный электродвигатель работает только при асинхронной частоте.

Часто для включения двигателя безмощных пусковых моментов оказывают нужное действие реостаты. Схема реостатного способа:

Главной характеристикой метода является присоединение двигателя при пуске к реостатам. Реостаты разрываются (на чертеже К1), на них идет частично электрический ток. Что дает возможность уменьшить пусковые токи. Пусковой момент тоже снижается. Преимущество реостатного способа заключается в снижении нагрузки на механическую часть и нехватку напряжения.

Ремонт и характеристики неисправностей

Причиной ремонта могут служить внешние и внутренние причины.

Внешние причины ремонта:

  • обрыв провода или нарушение соединений с электрическим током;
  • сгорание предохранителей;
  • понижение или повышения напряжения;
  • перегруженность АД;
  • неравномерная вентиляция в зазоре.

Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.

Механические причины ремонта:

  • неправильное регулирование зазора подшипников;
  • повреждение вала ротора;
  • расшатывание щеткодержателей;
  • возникновение глубоких выработок;
  • истощение креплений и трещины.

Электрические причины ремонта:

  • замыкания витков;
  • поломка провода в обмотках;
  • пробивание изоляции;
  • пробой пайки проводов.

Данные причины – это далеко не полный список поломок.

Асинхронный двигатель – незаменимый и важный механизм, применяемый для обслуживания быта и различных отраслей промышленности. Для практического действия АД с фазным ротором необходимо знать техническую характеристику управления, использовать его по назначению и регулярно проводить ремонт при технических осмотрах. Тогда асинхронный двигатель станет практически вечной эксплуатации.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым и фазным ротором: устройство и принцип действия

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

История появления

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

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

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

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

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

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

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

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

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

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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

Асинхронный двигатель с фазным ротором

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

Принцип действия

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

Достоинства асинхронных электродвигателей

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

Недостатки асинхронных электродвигателей

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

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

Режимы работы

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

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

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

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

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

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

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

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

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

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

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

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Для регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей и управления режимами их работы существуют следующие способы:

  1. Частотный – при изменении частоты тока в электрической сети изменяется частота вращения электрического двигателя. Для такого способа применяют устройство, которое называется частотный преобразователь;
  2. Реостатный – при изменении сопротивления реостата в роторе, изменяется частота вращения. Такой способ увеличивает пусковой момент и критическое скольжение;
  3. Импульсный – способ управления, при котором на двигатель подается напряжение специального вида.
  4. Переключение обмоток по время работы электрического двигателя со схемы «звезда» на схему «треугольник», что снижает пусковые токи;
  5. Управление с изменения пар полюсов для короткозамкнутых роторов;
  6. Подключение индуктивного сопротивления для двигателей с фазным ротором.

С развитием электронных систем, управление различными электродвигателями асинхронного типа становится все более эффективным и точным. Такие двигатели используются в мире повсеместно, разнообразие задач, выполняемых такими механизмами, с каждым днем растет, и потребность в них не уменьшается.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Надёжность электродвигателя это одно из важнейших качеств его. Обычно она связана с простотой конструкции. Чем проще конструкция, тем надёжнее движок. Эта зависимость подтверждается асинхронными электродвигателями. Они получили самое широкое распространение из всех электродвигателей именно по причине простоты устройства и надёжности. В них реализован самый простой способ получения крутящего момента на валу движка. Максимум магнитного поля статора перемещается вокруг вала, вызывая его ответную реакцию.

Причины появления фазного ротора в асинхронном двигателе

Реакция ротора вызвана током, который возникает в нём. Ведь по своей сути статор является первичной обмоткой трансформатора. А ротор – его вторичная обмотка. При неподвижном роторе величина тока в нём максимальна. Это объясняется тем, что скорость перемещения максимума магнитного поля статора относительно вала получается максимальной. Такой режим асинхронного движка аналогичен включению трансформатора с вторичной обмоткой замкнутой накоротко.

А поскольку обмотки взаимосвязаны магнитопроводом, который в асинхронном двигателе разделён на железо вращающейся части его и сердечник статора, в обмотке статора тоже получается максимум величины тока. Если мощность электросети недостаточна для того, чтобы при пуске асинхронных движков поддержать напряжение в пределах необходимого значения, применяются меры по уменьшению пускового тока этих двигателей. Это делается либо при помощи специальных схем, которые позволяют регулировать токи в обмотках статора, либо использованием асинхронных движков специальной конструкции – с фазным ротором.

Как устроен фазный ротор?

Фазный ротор содержит обмотки в виде катушек с витками. Эти катушки соединены по схеме «звезда». Конец каждой обмотки соединён с ответствующим кольцом. При подаче напряжения на статор на каждом кольце появляется напряжение. В скользящем контакте с кольцом находится щётка, которая даёт возможность подключения внешних элементов. Эти элементы являются частью схемы управления. Она получается более простой, по сравнению с теми схемами, которыми движок управляется со стороны статора. Чаще всего схема управления содержит набор резисторов.

Они подключаются по мере разгона вала. Хотя такой способ управления пуском асинхронного двигателя не самый экономичный, он наиболее часто применяется на практике в силу своей простоты и минимума коммутационных помех. Ограничение тока ротора это не только возможность плавного запуска двигателя, но и ограничение скорости вращения вала. Но тогда более рациональным решением будет использование индуктивностей вместо резисторов. Иллюстрации, показывающие особенности конструкции асинхронного движка с фазным ротором показаны далее.

При автоматическом управлении лучше всего применять реле или полупроводниковые коммутаторы, которые параллельно стартовому резистору подключают новые резисторы, постепенно уменьшая их суммарное сопротивление до нуля с шунтированием всех резисторов последним коммутатором или контактами реле. Для наиболее плавного пуска необходимо использовать реостат 1, который на схеме слева включён в электрической цепи ротора и своими ползунками 5 соединён с кольцами 2 через клеммы щёток 3. Движок начинает работать после замыкания контактов рубильника 4. При этом ползунки реостата должны быть установлены в положение «Пуск».

В этом положении сопротивлении реостата максимально. Вал движка начинает вращаться. Перемещение ползунка будет приводить к разгону вала до максимальной скорости, которая появится при нулевом значении сопротивлении реостата. Однако есть ещё одно следствие такой регулировки двигателя с фазным ротором. Меняется связь крутящего момента и скольжения. Этот эффект показан на графике ниже. При определённой величине сопротивления в цепи ротора максимум крутящего момента смещается в сторону более высоких оборотов движка, как на кривой 2. Кривая 1 соответствует нулевому значению сопротивления в цепи фазного ротора.

При нулевом сопротивлении кольца, по сути, замкнуты накоротко. Щётки и кольца из-за трения изнашиваются. А поскольку после завершения разгона вала этот узел фактически не используется его целесообразно исключить из процесса работы. По этой причине асинхронный двигатель с фазным ротором предусматривает специальный механизм. Он отодвигает щётки от колец и одновременно замыкает последние накоротко. В результате кольца и щётки работают намного дольше по сравнению с тем вариантом, который предусматривает их непрерывный контакт.

Простота и надёжность асинхронных двигателей основана на конструкции ротора. Но именно это обстоятельство и создаёт проблемы с их эксплуатацией. Большие пусковые токи в некоторых случаях неприемлемы настолько, что оправдывается более сложная и дорогостоящая намоточная конструкция ротора с кольцами и щётками. Тогда и применяют асинхронный двигатель с фазным ротором. Но более сложная конструкция и цена их в сравнении с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором оправдывается также и тем, что они позволяют получить величину крутящего момента в рабочем режиме при меньших габаритах и массе. Поэтому эти особенности делают асинхронные двигатели с фазным ротором в ряде случаев наиболее предпочтительными.

%d0%b0%d1%81%d0%b8%d0%bd%d1%85%d1%80%d0%be%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9%20%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%be%d0%b4%d0%b2%d0%b8%d0%b3%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c%20%d1%81%20%d1%84%d0%b0%d0%b7%d0%bd%d1%8b%d0%bc%20%d1%80%d0%be%d1%82%d0%be%d1%80%d0%be%d0 — с русского на все языки

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АлтайскийАрабскийАрмянскийБаскскийБашкирскийБелорусскийВенгерскийВепсскийВодскийГреческийДатскийИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИсландскийИтальянскийКазахскийКарачаевскийКитайскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийЛатинскийЛатышскийЛитовскийМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПерсидскийПольскийПортугальскийСловацкийСловенскийСуахилиТаджикскийТайскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрумскийФинскийФранцузскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский

Трехфазные асинхронные двигатели. Принцип работы

Каков принцип работы трехфазного асинхронного двигателя?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок. переменный ток двигатели работают на переменном токе. питания, и они подразделяются на синхронные, однофазные и трехфазные асинхронные двигатели, а также двигатели специального назначения. Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что они не требуют пускового устройства.

Рис. Создание вращающегося магнитного поля в трехфазном асинхронном двигателе

Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название из-за того, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя основан на производстве среднеквадратичной силы.

Производство вращающегося магнитного поля

Статор асинхронного двигателя состоит из ряда перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120°.Когда первичная обмотка или статор подключены к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Направление вращения двигателя зависит от последовательности фаз линий питания и порядка, в котором эти линии подключены к статору. Таким образом, перепутав подключение любых двух первичных клемм к источнику питания, направление вращения изменится на противоположное.

Количество полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения в статоре двигателя.Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость, термин, обозначающий скорость, с которой будет вращаться поле, создаваемое первичными токами, определяется следующим выражением.

Синхронная скорость вращения = (120 * частота питания) / число полюсов на статоре


Создание магнитного потока

Вращающееся магнитное поле в статоре является первой частью операции. Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны нести некоторый ток.В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает проводящие стержни ротора и индуцирует ЭДС.

Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замыкаются через внешнее сопротивление, либо замыкаются накоротко. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к крутящему движению или крутящему моменту в роторе.

Как следствие, скорость ротора не будет достигать синхронной скорости среднеквадратичной силы в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцируется в роторе, ток не будет течь, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется скольжением.

Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

В результате получается двигатель, который:

  • Самозапускающийся
  • Взрывозащищенный (из-за отсутствия контактных колец или коллекторов и щеток, которые могут вызвать искрение)
  • Прочная конструкция 90
  • Проще в обслуживании

Основы двигателей. Основные принципы. Асинхронные двигатели переменного тока. Часть 2

 

Асинхронные двигатели переменного тока

В вентиляторах Woods Air Movements чаще всего используются асинхронные двигатели переменного тока.Они могут работать непосредственно от электросети, они надежны, требуют минимального обслуживания и относительно недороги.

 

В трехфазном асинхронном двигателе переменного тока витки изолированного провода находятся в пазах статора, расположенных в корпусе. Эти катушки сконфигурированы так, чтобы обеспечить набор электромагнитных полюсов для каждой из трех электрических фаз (U, V и W) при подаче питания.

 

На рис. 1 показан двигатель, обмотки которого расположены так, чтобы обеспечить пару полюсов для каждой фазы (обозначены U1 и U2, V1 и V2, W1 и W2).Поскольку на каждую фазу приходится два полюса, это описывается как двухполюсная конфигурация; если бы для каждой фазы было две пары полюсов, это была бы 4-полюсная конфигурация — и так далее.

 

Когда катушки в статоре подключены к источнику переменного тока, электрический ток будет течь и создавать магнитное поле — катушки намотаны так, что полюса в каждой паре имеют противоположную полярность.

Рисунок 1. Циклическое вращающееся магнитное поле в трехфазном асинхронном двигателе переменного тока

 

Циклический характер формы волны переменного тока приводит к тому, что магнитное поле вращается вокруг центральной оси статора с двумя северными и двумя южными полюсами в любой момент времени.Скорость этого вращения определяется количеством пар полюсов и частотой электропитания (либо 50 Гц, либо 60 Гц — см. «Основы двигателей, часть первая»).

 

При наличии одной пары полюсов магнитное поле совершает один оборот за электрический цикл; где есть две пары, магнитное поле совершает один оборот за два цикла, а там, где есть три пары, оно вращается один раз за три цикла.

 

Основное уравнение для определения синхронной скорости выглядит следующим образом:

 

Синхронная скорость (об/мин) = 2 x       Частота питания (Гц)            x 60

                                                     Количество полюсов для каждой фазы

 

Таким образом, если бы двигатель на рис. 1 работал от сети с частотой 50 Гц, синхронная скорость была бы:

 

2 x 50 x 60 = 3000 об/мин

        2

 

Отсюда видно, что чем больше число полюсов, тем медленнее будет синхронная скорость, поэтому двигатель с 12 полюсами на фазу будет иметь синхронную скорость всего 500 об/мин.

 

Ротор

Наряду со статором наиболее важной частью асинхронного двигателя переменного тока является ротор. Он состоит из стержней ротора, обычно изготовленных из алюминия или меди, которые на своих концах соединены с кольцами из того же материала. Иногда его называют ротором с «беличьей клеткой» (см. рис. 2).

 

Поскольку Ротор расположен во вращающемся магнитном поле Статора, образующиеся линии магнитного потока разрезают стержни Ротора и индуцируют напряжение в Роторе.Это, в свою очередь, приведет к протеканию электрического тока по стержням ротора (обозначенному на рис. 2 красными стрелками), который создаст собственное магнитное поле вокруг стержней ротора. Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем статора, создавая силу на стержнях ротора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси.

Рисунок 2. Ротор с «беличьей клеткой»

 

Поскольку напряжение в стержнях ротора генерируется магнитным полем в статоре, пересекающим стержни ротора, если ротор вращается с синхронной скоростью, не будет относительного движения между стержнями ротора и магнитным полем статора, что приводит к на стержнях ротора не индуцируется напряжение.

 

Если к ротору приложена нагрузка, он начнет замедляться и, следовательно, начнет взаимодействовать с магнитным полем статора, и будет создаваться крутящий момент, как показано на рисунке 2. Это будет тот крутящий момент, который приводит в действие приложенную нагрузку. к Ротору.

 

Синхронная скорость зависит от частоты электропитания и конфигурации обмотки статора (количество полюсов). Разница между синхронной скоростью и скоростью ротора известна как скольжение; это выражается в процентах от синхронной скорости и может быть рассчитано с помощью уравнения:

 

Скольжение = Синхронная скорость – скорость ротора

                  Синхронная скорость

 

Конструкция ротора

На рис. 3 показана конструкция типичного ротора.Стержни ротора обычно помещаются в пазы стального сердечника для усиления магнитного поля ротора. Стержни ротора обычно наклонены так, что они не совпадают с обмотками статора, что снижает электромагнитный шум и обеспечивает более плавную передачу крутящего момента.

Рисунок 3: Типовая конструкция ротора

 

Сердечник состоит из стальных пластин, сложенных вместе, в то время как стержни ротора и торцевые кольца обычно изготавливаются путем заливки расплавленного алюминия в форму или форму, которая окружает пакет пластин ротора.Этот расплавленный алюминий протекает через прорези в блоке ротора, образуя стержни ротора. Между стержнями ротора и стальным сердечником нет изоляции, поскольку индуцированное напряжение низкое.

Рисунок 4: Компоненты асинхронного двигателя переменного тока общего назначения

 

Однофазные асинхронные двигатели переменного тока

Статор, настроенный на однофазное питание, не сможет инициировать вращение стационарного ротора, потому что его магнитное поле просто переключается между полярностями.В результате требуется дополнительная обмотка для обеспечения прогрессивно вращающегося магнитного поля. Эта вспомогательная обмотка подключена к однофазному источнику питания через конденсатор, так что форма волны ее напряжения может быть не в фазе с формой волны первичной обмотки.

Рисунок 5. Непрерывно вращающееся магнитное поле в однофазном асинхронном двигателе переменного тока, создаваемое вспомогательной обмоткой, подключенной к конденсатору

 

На рис. 5 показано, как это создает непрерывно вращающееся магнитное поле, позволяющее индуцировать вращение.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПРОЧИТАТЬ ЧАСТЬ 3

Трехфазный асинхронный двигатель Принцип работы

Трехфазный асинхронный двигатель, как и все электрические двигатели, работает за счет взаимодействия магнитных полей. Магнитное поле статора в трехфазном асинхронном двигателе вращается вокруг воздушного зазора между статором и ротором.

Направление вращения поля определяет направление вращения двигателя и управляется соединениями с обмотками статора.Направление вращения можно изменить, переключив соединения на любые две фазы статора.

Синхронная скорость

Скорость вращения поля статора называется синхронной скоростью. Для двухполюсной машины скорость поля статора в об/мин в 60 раз больше частоты, но для более чем двух полюсов мы должны разделить на число пар полюсов (P/2). Синхронная скорость может быть рассчитана как:

\[\begin{matrix}   {{n}_{s}}=\frac{120\times f}{P} & in\text{ }RPM & (1)  \ \\end{matrix}\]

Где f — электрическая частота, а P — количество полюсов в машине.Поскольку в минуту 60 секунд, деление уравнения 1 на 60 дает синхронную скорость в оборотах в секунду:

\[\begin{matrix}   {{n}_{s}}=\frac{2\times f}{ P} & in\text{ }\frac{rev}{s} & (2)  \\\end{matrix}\]

Электрическая частота определяет скорость вращения магнитного поля статора, которое, в свою очередь, определяет приблизительно с какой скоростью будет работать двигатель. В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле статора индуцирует токи в обмотках ротора, которые создают другое вращающееся магнитное поле.Взаимодействие между магнитными полями статора и ротора вызывает крутящий момент, который вращает ротор и нагрузку.

 

Как индуцируются токи ротора

Применение сбалансированного трехфазного набора токов к трехфазной обмотке статора создает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором. На рис. 1 снова показано поперечное сечение двигателя. Однако на этот раз катушки статора не показаны; скорее, вращающееся магнитное поле статора представлено Северным полюсом вверху и Южным полюсом внизу.Поток с Северного полюса поступает в воздушный зазор от статора и пересекает ротор, как показано на рисунке. Для Южного полюса поток покидает ротор, пересекает воздушный зазор и снова входит в статор. Ротор показан с короткозамкнутой обмоткой (для наглядности показаны только несколько стержней ротора, а торцевое кольцо удалено).

РИСУНОК 1     Индукция токов ротора вращающимся магнитным полем статора.

Рассмотрим, что происходит при первом запуске двигателя.В состоянии покоя при подаче токов якоря поток начинает вращаться в воздушном зазоре с синхронной скоростью. Когда Северный полюс движется мимо проводника ротора в верхней части ротора, проводник пересекает движущиеся линии потока.

Из закона Фарадея мы знаем, что каждый раз, когда проводник пересекает линии магнитного потока, в проводнике индуцируется напряжение. В этом случае беличья клетка закорочена концевыми кольцами, поэтому наведенное напряжение вызовет протекание тока в стержне ротора.

На рис. 1 поле движется по часовой стрелке, но что касается проводника ротора, то это как если бы поле статора было неподвижным, а проводник ротора двигался против часовой стрелки. Таким образом, согласно правилу генератора правой руки, в верхнем стержне ротора индуцируется ток в указанном направлении (выходящий за пределы страницы). В нижней части ротора движется Южный полюс, и ток, наведенный в нижнем стержне ротора, проходит через страницу. Эти индуцированные токи, конечно же, имеют собственное магнитное поле, которое показано вокруг проводников ротора.Обратите внимание, что для верхнего стержня ротора поток, вызванный током в стержне ротора, добавляется к потоку статора с левой стороны и уменьшает поток статора с правой стороны. Будет применяться принцип группирования потоков. Поскольку на левой стороне проводника поток больше, на проводник справа будет действовать электромагнитная сила. Противоположное верно для нижнего стержня ротора – его сила направлена ​​влево.

Силы, действующие на проводники, создают крутящий момент на роторе. Если ротор может свободно двигаться (и если силы достаточно, чтобы преодолеть трение и инерцию), ротор начнет вращаться.

Предположим, однако, что ротор не может вращаться (это называется заблокированным ротором). В этом случае поток статора будет проходить по проводнику ротора с синхронной скоростью, индуцируя токи в проводниках ротора, которые имеют ту же частоту, что и токи статора. Токи, наведенные в роторе, вызывают второе вращающееся магнитное поле ротора, которое также вращается вокруг воздушного зазора с синхронной скоростью.

В условиях блокировки ротора асинхронный двигатель фактически становится трансформатором с короткозамкнутой вторичной обмоткой.Таким образом, неудивительно, что пусковой ток для асинхронного двигателя очень велик.

Проскальзывание трехфазного асинхронного двигателя

Теперь снова предположим, что ротор может свободно вращаться. Когда магнитное поле ротора пытается поймать магнитное поле статора, ротор начинает вращаться. Но когда ротор вращается, поток статора проносится по проводникам ротора с меньшей относительной скоростью. Таким образом, по мере ускорения ротора частота индуцированных токов ротора уменьшается.В пределе, если бы ротор двигался с точно синхронной скоростью, стержни ротора не отсекали бы поток статора, и крутящий момент не создавался бы, потому что не индуцировались бы токи ротора.

Таким образом, асинхронный двигатель должен работать на скорости ниже синхронной для создания крутящего момента. Рабочая скорость ротора обозначается n r . Поскольку ротор движется медленнее, чем магнитное поле статора, мы говорим, что ротор «скользит» через поле статора, и мы определяем скольжение как:

\[\begin{matrix}   s=\frac{{{n} _{s}}-{{n}_{r}}}{{{n}_{s}}} & {} & \left( 3 \right)  \\\end{matrix}\]

Где n s и n r выражены в об/мин или оборотах в секунду.Скольжение часто представляется в процентах:

\[\begin{matrix}   s=\frac{{{n}_{s}}-{{n}_{r}}}{{{n}_{s }}}\times 100 & {} & \left( 4 \right)  \\\end{matrix}\]

Решение уравнения 4 для скорости ротора:

\[\begin{matrix}   {{n }_{r}}={{n}_{s}}\left( 1-s \right) & {} & \left( 5 \right)  \\\end{matrix}\]

Подавляющее большинство асинхронных двигателей классифицируются как двигатели общего назначения и обычно работают при полной нагрузке скольжения менее 5%.Асинхронные двигатели специального назначения могут работать со скольжением 15-20%.

Частота ротора

Рассмотрим частоту индуцированных токов ротора. Если бы вы могли стоять на роторе и вращаться вместе с ним, вы бы увидели, как каждый магнитный полюс вращающегося поля проходит (n s -n r ) раз в секунду. Каждый раз, когда пара полюсов проходит мимо проводника, на котором вы находитесь, возникает цикл напряжения. Из уравнений 2 и 3, если есть P полюсов, частота токов ротора, f r , будет:

\[\begin{matrix}   {{f}_{r}}=\frac{P} {2}\times \left( {{n}_{s}}-{{n}_{r}} \right)=\frac{P}{2}\times \left( s{{n}_ {s}} \right)=s{{f}_{s}} & {} & \left( 6 \right)  \\\end{matrix}\]

Где f s — частота токи статора.Если вы стоите на роторе, поле статора проходит со скоростью sn s об/мин, поэтому частота токов в роторе составляет sf s .

Пример асинхронного двигателя

Шестиполюсный асинхронный двигатель с частотой 60 Гц работает со скольжением 3%. С какой скоростью вращаются поле статора, ротор и поле ротора? Какова частота токов ротора?

Решение

Синхронную скорость двигателя можно рассчитать по уравнению 1:

\[{{n}_{s}}=\frac{120\times {{f}_{s}}} {P}=\frac{120\times 60}{6}=1200\text{ }об/мин\]

Таким образом, поля статора и ротора вращаются вокруг воздушного зазора со скоростью 1200 об/мин.Поскольку скольжение известно, мы можем найти скорость вращения ротора из уравнения 5:

${{n}_{r}}={{n}_{s}}\left( 1-s \right) =1200\times \left( 1-0.03 \right)=1164\text{ }RPM$

А частота токов ротора определяется уравнением 6:

\[{{f}_{r}}= s{{f}_{s}}=0,03\times 60=1,8Hz\]

Поскольку ротор вращается со скоростью 1164 об/мин, а поле ротора вращается со скоростью 1200 об/мин (синхронная скорость), скорость поля относительно ротор определяется как:

${{n}_{s}}-{{n}_{r}}=1200-1164=36\text{ }RPM$

Если вы стоите на роторе, кажется, что поля статора и ротора вращаются вокруг вас со скоростью 36 об/мин.Но так как вы и ротор вращаетесь со скоростью 1164 об/мин, поле ротора движется со скоростью 1200 об/мин синхронно с полем статора.

Обратите внимание, что на заводской табличке не указано количество полюсов асинхронного двигателя. Однако, предоставив нам рабочую скорость и частоту, мы можем предположить, сколько у него полюсов, используя уравнение 1.

Различные типы электродвигателей и их применение

Как известно, электродвигатель играет жизненно важную роль в каждом секторе промышленности, а также в самых разных областях применения.На рынке представлено множество типов электродвигателей. Выбор этих двигателей может быть сделан на основе работы, напряжения и области применения. Каждый двигатель состоит из двух основных частей, а именно обмотки возбуждения и обмотки якоря. Основной функцией обмотки возбуждения является создание постоянного магнитного поля, тогда как обмотка якоря представляет собой проводник, расположенный внутри магнитного поля. Из-за магнитного поля обмотка якоря использует энергию для создания крутящего момента, достаточного для вращения вала двигателя.В настоящее время классификация двигателей постоянного тока может быть выполнена на основе соединений обмоток, что означает, как две катушки в двигателе соединены друг с другом.


Типы электродвигателей

Типы электродвигателей доступны в трех основных сегментах, таких как двигатель переменного тока, двигатель постоянного тока и двигатели специального назначения.

типы двигателей

Двигатели постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока в основном включают серийные, шунтовые и комбинированные двигатели и двигатели постоянного тока.

двигатель постоянного тока
1).Шунтирующий двигатель постоянного тока
Шунтирующий двигатель постоянного тока

работает на постоянном токе, и обмотки этого электродвигателя, такие как обмотки якоря и обмотки возбуждения, соединены параллельно, что называется шунтом. Этот тип двигателя также называется двигателем постоянного тока с параллельной обмоткой, где тип обмотки известен как шунтирующая обмотка. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о работе и применении шунтирующего двигателя постоянного тока

.
2). Двигатель с независимым возбуждением

В двигателе с независимым возбуждением соединение статора и ротора может быть выполнено с использованием другого источника питания.Таким образом, двигатель может управляться от шунта, а обмотка якоря может быть усилена для создания потока.

3). Двигатель серии постоянного тока

В двигателях постоянного тока обмотки ротора соединены последовательно. Принцип работы этого электродвигателя в основном зависит от простого электромагнитного закона. Этот закон гласит, что всякий раз, когда магнитное поле может быть сформировано вокруг проводника и взаимодействует с внешним полем, возникает вращательное движение. Эти двигатели в основном используются в стартерах, которые используются в лифтах и ​​автомобилях.Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о работе двигателя постоянного тока и его применении

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о ДВИГАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА – основы, типы и применение

4). Двигатель постоянного тока

Термин PMDC означает «двигатель постоянного тока с постоянными магнитами». Это один из видов двигателей постоянного тока, в который можно встроить постоянный магнит для создания магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о двигателе PMDC: конструкция, работа и применение

.
5).Составной двигатель постоянного тока

Как правило, комбинированный двигатель постоянного тока представляет собой гибридный компонент серии двигателей постоянного тока и параллельных двигателей. В этом типе двигателя присутствуют как последовательные, так и шунтирующие поля. В этом типе электродвигателя статор и ротор могут быть соединены друг с другом через последовательную и шунтирующую обмотки. Последовательная обмотка может быть выполнена с несколькими витками из широких медных проводов, что дает путь с небольшим сопротивлением. Шунтирующая обмотка может состоять из нескольких витков медного провода для получения полного напряжения i/p.

Двигатели переменного тока

Типы двигателей переменного тока в основном включают синхронный, асинхронный, асинхронный двигатель.

двигатель переменного тока
1). Синхронный двигатель

Работа синхронного двигателя в основном зависит от трехфазного питания. Статор в электродвигателе генерирует ток возбуждения, который вращается со стабильной скоростью в зависимости от частоты переменного тока. А так же ротор зависит от аналогичной скорости тока статора. Воздушного зазора между скоростью тока статора и ротора нет.Когда уровень точности вращения высок, эти двигатели применимы в автоматизации, робототехнике и т. д. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о типах и областях применения синхронных двигателей.

2). Асинхронный двигатель

Электродвигатель, работающий на асинхронной скорости, известен как асинхронный двигатель, а альтернативное название этого двигателя — асинхронный двигатель. Асинхронный двигатель в основном использует электромагнитную индукцию для преобразования энергии с электрической на механическую. В зависимости от конструкции ротора эти двигатели делятся на два типа: с короткозамкнутым ротором и с фазной обмоткой.Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о типах асинхронных двигателей и их преимуществах


Двигатели специального назначения

Двигатели специального назначения в основном включают серводвигатели, шаговые двигатели, линейные асинхронные двигатели и т. д.

специальный электродвигатель
1). Шаговый двигатель

Шаговый двигатель можно использовать для обеспечения шагового угла вращения в качестве альтернативы стабильному вращению. Мы знаем, что для любого ротора весь угол вращения составляет 180 градусов. Однако в шаговом двигателе полный угол поворота можно разделить на несколько шагов, например 10 градусов X 18 шагов.Это означает, что в полном цикле вращения ротор будет совершать ступенчатое движение восемнадцать раз, каждый раз на 10 градусов. Шаговые двигатели применяются в плоттерах, при изготовлении схем, в инструментах управления технологическими процессами, в обычных генераторах движений и т. д. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о типах шаговых двигателей и их применении

2). Бесщеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока были впервые разработаны для достижения превосходной производительности при меньшем пространстве, чем у щеточных двигателей постоянного тока. Эти двигатели меньше по сравнению с моделями переменного тока.Контроллер встроен в электродвигатель для облегчения процесса при отсутствии коммутатора и токосъемного кольца. Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о бесщеточном двигателе постоянного тока — преимущества, применение и управление

.
3). Гистерезис двигателя

Работа двигателя с гистерезисом чрезвычайно уникальна. Ротор этого двигателя может быть индуцирован гистерезисом и вихревым током для создания требуемой задачи. Работа двигателя может зависеть от конструкции, 1-фазное питание или 3-фазное питание.Эти двигатели обеспечивают очень плавный процесс со стабильной скоростью, подобно другим синхронным двигателям. Уровень шума этого двигателя довольно низкий, по этой причине они применимы во многих сложных приложениях, где используется звуконепроницаемый двигатель, например, звуковой проигрыватель, аудиомагнитофон и т. д.

4). Реактивный двигатель

Реактивный двигатель представляет собой 1-фазный синхронный двигатель, конструкция которого аналогична асинхронному двигателю клеточного типа. Ротор в двигателе похож на беличью клетку, а статор двигателя включает наборы обмоток, таких как вспомогательная и основная обмотка.Вспомогательная обмотка очень полезна в начале работы двигателя. Поскольку они предлагают ровную работу на стабильной скорости. Эти двигатели обычно используются в устройствах синхронизации, таких как генераторы сигналов, записывающие устройства и т. д.

5). Универсальный двигатель

Это особый тип двигателя, и этот двигатель работает от одного источника переменного тока, в противном случае — постоянного тока. Универсальные двигатели имеют последовательную обмотку, в которой обмотки возбуждения и обмотки якоря соединены последовательно, что создает высокий пусковой момент.Эти двигатели в основном предназначены для работы на высоких оборотах выше 3500 об/мин. Они используют источник переменного тока на низкой скорости и источник постоянного тока аналогичного напряжения. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об универсальном двигателе

.

Итак, это все о типах электродвигателей. В настоящее время существуют разные и гибкие. Назначение двигателя — всякий раз, когда требуется управление движением, это лучший выбор. Двигатель должен поддерживать использование и общее действие системы. Вот вопрос к вам, что такое двигатели особого типа?

Принцип работы электродвигателя.Принцип работы электродвигателя История представления электродвигателя

Для использования предпросмотра презентаций создайте себе учетную запись Google (аккаунт) и войдите в нее: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

МОТОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Разработан учителем технологии высшей категории , Почетный работник начального профессионального образования Российской Федерации МБОУ «СОШ № 7», г. Калуга Герасимов Владислав Александров

Что общего у этих электроприборов?

КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ЭТАЖ.Первый коллекторный электродвигатель сконструировал в России русский ученый Якоби Борис Семенович в 1838 году. К 70-м годам 19 века электродвигатель был уже настолько усовершенствован, что в таком виде сохранился до наших дней.

Якоби Борис Семенович

Назначение: Преобразование электрической энергии в механическую. Механическая энергия приводит в движение рабочие части машин и механизмов.

Принцип действия: Электрический ток от источника (батареи гальванических элементов) подается в обмотку через специальные скользящие контакты — щетки.Это две эластичные металлические пластины, которые соединены проводниками с полюсами источника тока и прижаты к коллектору. При протекании электрического тока по обмотке якоря ротор начинает вращаться под действием магнита.

Общая компоновка электродвигателя 1-подшипники, 2-задняя крышка статора, 3-обмотка, 4-якорь, 5-жила, 6-якорная обмотка, 7-коллектор, 8-передняя крышка, 9-вал, 10-крыльчатка.

Самые маленькие двигатели этого типа.трехполюсный ротор с подшипниками скольжения; коллекторный узел из двух щеток — медные пластины; биполярный статор с постоянными магнитами. В основном используются в детских игрушках (рабочее напряжение 3-9 вольт).

Мощные двигатели (десятки ватт), как правило, имеют: многополюсный ротор на подшипниках качения; коллекторный блок из четырех графитовых щеток; четырехполюсный статор с постоянными магнитами. Именно такой конструкции у большинства электродвигателей в современных автомобилях (рабочее напряжение 12 или 24 вольта): привод вентиляторов систем охлаждения и вентиляции, дворников, насосов омывателей.

Коллекторный мотор-колесо, 24 вольта 230 ватт.

Двигатели мощностью в сотни ватт В отличие от предыдущих содержат четырехполюсный статор из электромагнитов. Обмотки статора можно соединить несколькими способами: последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение), преимущество: большой максимальный момент, недостаток: высокие обороты холостого хода, которые могут повредить двигатель.

параллельно ротору (параллельное возбуждение) Преимущество: большая стабильность скорости при изменении нагрузки, недостаток: меньший максимальный крутящий момент Часть обмоток параллельна ротору, часть последовательно (смешанное возбуждение) в какой-то мере сочетает в себе преимущества предыдущих типы, например, автомобильные стартеры.При раздельном питании (независимое возбуждение) характеристика аналогична параллельному включению, но обычно ее можно регулировать.

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

Способы изменения частоты вращения вала двигателя Изменением величины тока возбуждения статора. Чем больше ток в статоре, тем выше скорость вращения вала двигателя.

Преимущества электродвигателей.Отсутствие вредных выбросов при эксплуатации Не требуют постоянного обслуживания Возможность установки в любом месте Работа в условиях вакуума Не использовать легковоспламеняющиеся вещества (бензин, дизельное топливо) Простота эксплуатации

Отказы в работе коллекторного электродвигателя Условия эксплуатации и срок службы двигателей в бытовых машинах разные. Причины их выхода из строя также различны. Установлено, что 85-95 % выходят из строя из-за повреждения изоляции обмоток, распределенных следующим образом: 90 % витковых замыканий и 10 % повреждений и пробоев изоляции на корпусе.Далее следуют износ подшипников, деформация стали ротора или статора, изгиб вала.

Технологический процесс ремонта включает следующие основные операции:

Предремонтные испытания Наружная очистка от грязи и пыли Разборка на узлы и детали Снятие обмоток Промывка узлов и деталей Дефектация узлов и деталей Ремонт и изготовление узлов и деталей Сборка ротора Изготовление и укладка обмоток Работы по сушке и пропитке Механическая обработка собранного ротора и его балансировка Сборка узлов и деталей Сборка электродвигателей Испытания после ремонта Наружная отделка

Подведение итогов занятия.Что такое электродвигатель? В каких устройствах используются коллекторные двигатели? Из каких частей состоит коллекторный двигатель? По какому принципу работает коллекторный двигатель?

Для использования предварительного просмотра презентаций создайте себе учетную запись Google (аккаунт) и войдите в нее: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором. Выполнил: Савина Т.В..,.

Двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором — асинхронный электродвигатель, у которого ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой.

Вместо рамы с током внутри асинхронного двигателя установлен короткозамкнутый ротор, напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней, короткозамкнутых на концах кольцами. Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, как описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, заставляющий ротор начать вращаться. Это связано с тем, что величина изменения магнитного поля различна в разных парах стержней из-за различного их расположения относительно поля.Изменение тока в стержнях будет меняться со временем. Вы также заметите, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это сделано для того, чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсаций момента. Если бы стержни были направлены вдоль оси вращения, то в них возникло бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно превышает магнитное сопротивление зубьев статора.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.Вращающееся магнитное поле является основной концепцией электродвигателей и генераторов. Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения, прямо пропорциональна частоте переменного тока f 1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки. где n 1 — частота вращения магнитного поля статора, об/мин, f 1 — частота переменного тока, Гц, p — число пар полюсов

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию, подводимую к обмоткам статора, в механическую энергия (вращение вала ротора).Но входная и выходная мощности не равны между собой, так как при преобразовании происходят потери энергии: трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезис. Эта энергия рассеивается в виде тепла. Поэтому асинхронный двигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения питающей сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходят три провода), выведены (выходят шесть проводов), выведены в распределительную коробку (из коробки выходят шесть проводов, три провода из коробки).Фазное напряжение – это разность потенциалов между началом и концом одной фазы. Другое определение: фазное напряжение – это разность потенциалов между линейным проводом и нейтралью. Линейное напряжение – это разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Преобразователь частоты используется для управления скоростью вращения и крутящим моментом асинхронного двигателя. Принцип работы преобразователя частоты основан на изменении частоты и напряжения переменного тока.

Спасибо за внимание!

«Статическое электричество» — Излишнее электричество должно быть снято с тела путем заземления. Ткань. Результаты заземления. На протяжении тысячелетий наши предки ходили по земле босиком, заземляясь естественным образом. Нормализация давления. «Лишнее» электричество может привести к серьезным сбоям в работе органов и систем.

«Силы тела» — Сила действует на связь, а реакция связи на тело. Круг. Поверхность считается гладкой, если трением можно пренебречь.Принцип Даламбера. Теорема о скорости точки при сложном движении. Сила — это скользящий вектор. Цилиндрический шарнир. Теорема Вариньона. Теорема о сложении пар сил. Жесткое окончание.

«История электричества» — XX век — появление и бурное развитие электроники, микро/нано/пико-технологий. История развития электричества. 19 век — Фарадей вводит понятие электрического и магнитного полей. XXI век — электрическая энергия наконец-то стала неотъемлемой частью жизни.XXI век — перебои с электричеством в бытовых и промышленных сетях.

«Атомные ядра» — Схема атомной электростанции. Сверхтяжелые ядра (А>100). Размеры ядра. Ядерные силы. Деление ядер. Магнитное поле создается сверхпроводящими обмотками. Н? Z-диаграмма атомных ядер. Рассеяние β-частицы в кулоновском поле ядра. Опыт Резерфорда. Модели атомных ядер. Синтез ядер. Масса ядра и энергия связи.

«Что изучает физика» — Вступительное слово преподавателя.Запуск ракеты. Техника. Что изучает физика? Извержение. Горение. Физика. Аристотель — величайший мыслитель древности. Тепловые явления природы. Магнитные явления природы. Аристотель ввел понятие «физика» (от греческого слова «фузис» — природа). Знакомство учащихся с новым предметом школьного курса.

«Игорь Васильевич Курчатов» — Мать была учительницей, отец землемером. Белоярская АЭС носит имя Курчатова. Курчатов И.В. — депутат Верховного Совета СССР третьего и пятого созывов.Биография И.В. Курчатова, как выдающегося советского физика. В 1960 году созданному им Институту атомной энергии было присвоено имя Курчатова. Кто такой И.В. Курчатов?

Всего 19 презентаций

«Эффективность» — Произвести расчеты. Соберите установку. Путь S. Измерение тяги F. Реки и озера. Отношение полезной работы к полной работе. Твердый. Наличие трения. Эффективность. Архимед. Понятие эффективности. Вес штанги. Определение КПД при подъеме тела.

«Типы двигателей» — Типы локомотивов. Паровой двигатель… Дизель. Экономичность дизелей… Кузьминский Павел Дмитриевич. Двигатели. Реактивный двигатель. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина. Принцип работы паровой машины. Как это было (первооткрыватели). Принцип работы электродвигателя. Папин Денис. Силовая машина, преобразующая любую энергию в механическую работу.

«Использование тепловых двигателей» — Транспортные средства… Состояние зеленой природы. Проект бензинового двигателя…В автомобильном транспорте… Архимед. Внутренняя энергия пара. Тепловые двигатели. Немецкий инженер Даймлер. Количество вредных веществ. Озеленение городов. Начало истории создания реактивных двигателей. Количество электромобилей.

«Тепловые двигатели и их типы» — Турбины паровые. Тепловые машины. Паровой двигатель. Двигатель внутреннего сгорания. Внутренняя энергия. Газовая турбина. Разновидности тепловых двигателей. Реактивный двигатель. Дизель. Типы тепловых двигателей.

«Тепловые машины и окружающая среда» — Тепловые машины.Ньюкомен Томас. Цикл Карно. Холодильная установка. Различные части ландшафта. Кардано Джероламо. Карно Никола Леонард Сади. Папин Денис. Принцип работы инжекторного двигателя. Паровая турбина. Принцип работы карбюраторного двигателя. Эти вещества выбрасываются в атмосферу. Двигатели внутреннего сгорания для автомобилей.

«Тепловые двигатели и машины» — Преимущества электромобиля. Типы двигателей внутреннего сгорания. Типы тепловых двигателей.Ядерный двигатель. Недостатки электромобиля. Такты двухтактного двигателя. Дизель. Схема работы. Разновидности тепловых двигателей. Такты четырехтактного двигателя. Тепловые машины. Газовая турбина.

Всего 31 презентация

Электродвигатель — электрическая машина
(электромеханический преобразователь), в которой электрическая
энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом
является выделение тепла.
Электродвигатели
Переменного тока
Синхронные
Асинхронные
Постоянного тока
Коллекторные
Бесколлекторные
Универсальные
(можно есть
оба вида
тока)

В основе работы любой электрической машины


лежит принцип электромагнитной индукции.
Электрическая машина состоит из:
неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин
переменного тока) или индуктора (для машин
постоянного тока)
подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин
переменного тока) или якоря (для машин
постоянного тока) Машины постоянного тока
тока).

Обычно ротор представляет собой набор магнитов в форме цилиндра,


часто образованный катушками из тонкой медной проволоки.
Цилиндр имеет центральную ось и называется «ротором», потому что
ось позволяет ему вращаться, если двигатель построен
правильно.Когда через катушки ротора пропускают
эл. тока, весь ротор намагничивается. Ровно
можно создать электромагнит.

8.2 Электродвигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока

делятся по принципу действия


на синхронные и асинхронные двигатели.
Электродвигатель синхронный — электродвигатель
переменного тока, ротор которого
вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти двигатели
обычно применяют при большой мощности (от сотен киловатт
и выше).
Асинхронный двигатель-электродвигатель
переменного тока, у которого скорость вращения ротора
отличается от частоты вращающегося магнитного поля, создаваемого источником
напряжения. Эти двигатели
наиболее распространены в настоящее время.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя


При подключении к сети в статоре возникает круговое вращающееся
магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку
ротора и индуцирует в ней индукционный ток.Отсюда по закону
Ампер начинает вращаться ротор. Скорость вращения ротора
зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар
магнитных полюсов. Разность между скоростью
магнитного поля статора и скоростью
ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным,
так как частота вращения магнитного поля статора
не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель отличается конструкцией ротора
.Ротор представляет собой либо постоянный магнит
, либо электромагнит, либо имеет часть беличьих ячеек
(для запуска) и постоянные или электромагниты. У
синхронного двигателя частота вращения магнитного поля статора и у
частота вращения ротора одинакова. Для запуска использовать вспомогательные асинхронные электродвигатели
, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой
.

Трехфазный асинхронный двигатель

Для расчета характеристик асинхронного двигателя
и исследования различных режимов его работы удобно использовать схемы замещения
.
В этом случае реальная асинхронная машина с электромагнитными
связями между обмотками заменяется относительно простой
электрической схемой, что позволяет значительно упростить
расчет характеристик.
Принимая во внимание, что основные уравнения асинхронного двигателя
аналогичны тем же уравнениям трансформатора,
эквивалентная схема двигателя такая же, как у трансформатора.
Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

При расчете характеристики асинхронного двигателя с


по схеме замещения должны быть известны ее параметры
.Т-образная схема полностью отражает физические
процессы, происходящие в двигателе, но трудно поддающиеся расчету
токи. Поэтому большое практическое применение для анализа
режимов работы асинхронных машин находит другая схема
замещения, в которой намагничивающая ветвь
подключается непосредственно на вход схемы, куда подается напряжение U1.
Эта схема называется Г-образной эквивалентной схемой.

Г-образная схема


блокирует асинхронный двигатель
(а) и его упрощенный вариант
(б)

Различные механизмы служат электроприводом


асинхронного двигателя, который прост и надежен.Эти двигатели
просты в производстве и дешевы по сравнению с другими электродвигателями
. Они широко используются как в промышленности
, так и в сельском хозяйстве и строительстве. Асинхронные двигатели
применяются в электроприводах
различной строительной техники, в грузоподъемных станках.
Способность такого двигателя работать в повторно-кратковременном режиме позволяет использовать его в строительных кранах
. При отключении от сети двигатель
не остывает и не успевает нагреваться в процессе работы.

8.3. Электродвигатели


постоянного тока

Коллекторный двигатель


Самые маленькие двигатели этого типа (единицы ватт)
применяются в основном в детских игрушках (рабочее
напряжение 3-9 вольт). Более мощные двигатели (десятки ватт)
применяются в современных автомобилях (рабочее напряжение
12 вольт): привод вентиляторов охлаждения
и вентиляции, дворников. Щеточные двигатели

могут преобразовывать, как и


, электрическую энергию в механическую и наоборот. Из этого
следует, что он может работать и как двигатель, и как генератор.
Рассмотрим принцип работы на электродвигателе.
Из законов физики известно, что если через проводник
пропустить ток в магнитном поле, то на него начнет действовать сила
.
Причем по правилу правой руки. Магнитное поле направлено от
северного полюса северного полюса к южному южному, если ладонь руки направить на
в сторону северного полюса, а четыре пальца в сторону тока
в проводнике, то большой палец укажет на направление
действующая сила на проводник.Вот основы коллекторного двигателя
.

А как мы знаем маленькие правила и создаем правильные вещи. На


На этой основе была создана вращающаяся в магнитном поле рамка.
Для наглядности кадр показан в один оборот. Как и в прошлом
примере, два проводника помещены в магнитное поле, только ток в
этих проводниках направлен в противоположные стороны,
следовательно силы одинаковы. Эти силы в сумме составляют крутящий момент
моментов. Но это пока теория.

Следующим шагом было создание простого коллекторного двигателя.


Отличается от рамы наличием коллектора. Он обеспечивает
одинаковое направление тока над северным и южным полюсами.
Недостатком данного двигателя является неравномерность вращения
и невозможность работы на переменном напряжении.
Следующим этапом было устранение неравномерности хода путем
размещения еще нескольких шпангоутов (катушек) на якоре, а от
отошло постоянное напряжение путем замены постоянных магнитов
на катушки, намотанные на полюс статора.При протекании
переменного тока через катушки изменяется направление тока как
в обмотках статора, так и в якоре, поэтому момент
как при постоянном, так и при переменном напряжении
будет направлен в ту же сторону, что и требуется доказать.

Устройство коллекторного двигателя

Бесщеточный двигатель


Бесщеточные двигатели постоянного тока также называются клапаном
. Конструкция бесщеточного двигателя
состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками.V
В коллекторном двигателе, наоборот, обмотки находятся на роторе.

Общие принципы работы (двигатели и приводы)

Введение

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, вероятно, сегодня является наиболее широко используемым двигателем в промышленности. Традиционные области применения асинхронных двигателей переменного тока включают вентиляторы и насосы. Асинхронный двигатель переменного тока получил широкое распространение во многих промышленных приложениях с высокими требованиями по сравнению с двигателем постоянного тока, поскольку требует меньшего обслуживания.Довольно часто двигатели переменного тока используются в таких приложениях, как компрессоры, станки, конвейеры, смесители
, дробилки, лыжные подъемники и экструдеры. Благодаря своей эффективной работе и энергосберегающим характеристикам асинхронный двигатель переменного тока будет приобретать все большее значение в течение следующих нескольких десятилетий.
Основные принципы работы мотора любого производителя практически одинаковы. Конкретные конструкции могут отличаться, например, воздушным зазором между вращающимися частями, прочностью изоляции напряжения и устойчивостью к скачкам высокого напряжения.Однако основные части асинхронного двигателя одинаковы.
Здесь следует отметить, что в мире двигателей переменного тока в основном используются два языка: NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) в Северной Америке и IEC (Международная электротехническая комиссия) в большей части остального мира. До недавнего времени не было особой необходимости знать о различиях, как тонких, так и очевидных. Однако все меняется по мере того, как автомобильный рынок становится все более глобальным. Эта тенденция получила дополнительный импульс в 1992 году, когда экономики стран Европейского общего рынка объединились.
Далее в этом разделе будут рассмотрены номинальные характеристики двигателей NEMA и IEC. Все больше компаний поставляют свою электротехническую продукцию за границу, и наоборот. В недалеком будущем будет трудно не контактировать с двигателем, сертифицированным по стандарту IEC. Поэтому обзор сравнений будет полезен. Кроме того, из-за широкого использования в промышленности трехфазных асинхронных двигателей основное внимание в этом разделе будет уделено этому типу двигателя. Однако также будут изучены несколько других распространенных типов трехфазных двигателей.
Все двигатели переменного тока можно разделить на однофазные и многофазные (полифазные — многофазные или трехфазные). Поскольку многофазные двигатели наиболее часто используются в промышленности, мы более подробно рассмотрим конструкцию этих устройств. Имейте в виду, что однофазные двигатели переменного тока также используются для таких приложений, как небольшие бытовые приборы, бытовые вентиляторы, печи и многие другие устройства с низкой мощностью.
Однако для промышленного применения в основном используются трехфазные асинхронные двигатели.Основным преимуществом использования трехфазных двигателей является экономичность. Трехфазные двигатели намного проще по конструкции, чем другие типы, и требуют меньше обслуживания. Более мощный двигатель может быть встроен в корпус меньшего размера по сравнению с однофазным двигателем. Трехфазный двигатель будет работать с более высоким КПД по сравнению с однофазным двигателем.
Существует несколько типов многофазных двигателей: асинхронные, с фазным ротором и синхронные. Наиболее распространенным типом двигателя в этой группе является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.Этот тип двигателя будет основой для понимания общих принципов работы двигателя переменного тока.


Асинхронный двигатель переменного тока

Основными частями асинхронного двигателя переменного тока являются ротор (вращающийся элемент) и статор (неподвижный элемент, создающий магнитный поток). Конструкция ротора
выглядит как короткозамкнутый двигатель, отсюда и традиционное название: асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. На рис. 3-23 показана конструкция ротора.

Рисунок 3-23. Ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Двигатель с короткозамкнутым ротором проще всего в изготовлении и обслуживании.Работа двигателя с короткозамкнутым ротором проста. Трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле в статоре. Это вращающееся магнитное поле создает магнитное поле и в роторе. Притяжение и отталкивание между этими двумя магнитными полями заставляют ротор вращаться. Эту концепцию можно увидеть на рисунках 3-24 и 3-25

Рисунок 3-24. Ротор и статор
Двигатель с короткозамкнутым ротором представляет собой двигатель с постоянной скоростью вращения с нормальным или высоким пусковым моментом.Эти характеристики соответствуют требованиям большинства промышленных применений.
Концепция вращающегося магнитного поля показана на рис. 3-26. На этом рисунке показано соотношение трехфазных и полюсных магнитных полей. Каждая пара магнитных полюсов намотана таким образом, чтобы обеспечить устойчивость. Вид с торца двух сегментов ротора (магнитное взаимодействие со статором)
tor магнитное поле для «вращения». Статор двигателя состоит из групп катушек, намотанных на сердечник, которые заключены в каркас.Простой двухполюсный статор, показанный на рис. 3-26, имеет по три катушки в каждой группе полюсов. (Двухполюсный двигатель будет иметь два полюса x три фазы = шесть физических полюсов.) Каждая катушка в группе полюсов подключена к одной фазе трехфазного источника питания. Одной из характеристик трехфазной мощности является то, что фазный ток достигает максимального значения в разные промежутки времени. На рис. 3-26 также показано соотношение между максимальным и минимальным значениями.

Рисунок 3-26. Базовый двухполюсный статор
В качестве примера мы сосредоточимся на моменте времени, когда ток в катушках «А» почти максимален.(Используйте верхний левый угол рисунка 3-25.) Магнитные поля этих катушек также будут почти максимальными. В этот же момент токи фазы «В» равны нулю, а токи фазы «С» немного больше, чем токи «А».
В более поздний момент времени ток в катушках «В» близок к максимальному с последующим максимизированием магнитного поля катушек «В». В этот же момент поле фазы «С» несколько меньше максимального. Поля катушки «А» имеют нулевое значение.
Этот же процесс повторяется по мере того, как магнитное поле каждой из фаз достигает максимума, все в разное время (разные степени вращения магнитного поля).Таким образом, максимальное поле последовательно повторяется в точках «А», «С» и «В» непрерывно вокруг статора и, по существу, определяет вращающееся магнитное поле.
Катушки статора намотаны так, что они диаметрально противоположны виткам. Это означает, что они несут один и тот же фазный ток, но подключены так, что их магнитные поля имеют противоположную полярность. Опять же, двигатель, показанный на рис. 3-26, будет иметь двухполюсную обмотку.

Магнитное поле (ротор)

Ротор — вращающаяся часть двигателя.Ротор состоит из медных или алюминиевых стержней, соединенных между собой на концах концевыми кольцами. См. Рисунок 3-27.

Рисунок 3-27. Конструкция ротора асинхронного двигателя
Внутренняя часть ротора заполнена множеством отдельных стальных дисков, называемых пластинами. Вращающееся поле, создаваемое токами статора, разрезало беличью клетку, проводящую алюминиевые стержни ротора. Это вызывает напряжение в этих стержнях, называемое индуцированным напряжением. Это напряжение заставляет ток течь в алюминиевых стержнях.Ток создает магнитное поле вокруг стержней с соответствующими северным и южным полюсами ротора. Крутящий момент создается за счет притяжения и отталкивания между этими полюсами и полюсами вращающегося поля статора.

На Рис. 3-28 показана сборка деталей в полный блок асинхронного двигателя.


Рисунок 3-28. Конструкция асинхронного двигателя

Генерация вихревых токов

Магнитное поле вращающегося статора и индуцированное напряжение в стержнях ротора также вызывают напряжение в сердечниках статора и ротора.Напряжение в этих сердечниках вызывает протекание небольших циркулирующих токов. Эти токи, называемые вихревыми токами, не служат никакой полезной цели и приводят только к потере энергии. Чтобы уменьшить эти токи, сердечники статора и ротора имеют ламинирование. (обсуждалось в предыдущем разделе). Эти пластины покрыты изоляционным лаком, а затем сварены вместе, образуя сердцевину. Этот тип сердечника существенно снижает потери на вихревые токи, но не устраняет их полностью.

Конструкция асинхронного двигателя

Инженеры могут проектировать двигатели практически для любого применения, изменяя конструкцию ротора с короткозамкнутым ротором и катушек статора.Такие характеристики, как скорость, крутящий момент и напряжение, — это лишь некоторые из функций, контролируемых разработчиком.
Для стандартизации некоторых характеристик двигателей Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) установила стандарты для ряда характеристик двигателей. В следующем разделе содержится множество функций, которые помогут выбрать правильный двигатель для конкретного применения.

Контроль скорости, крутящего момента и мощности

Контроль скорости

Скорость двигателя с короткозамкнутым ротором зависит от частоты и количества полюсов, на которые рассчитан двигатель.Чем выше частота, тем быстрее работает двигатель. Чем больше полюсов у двигателя, тем медленнее он работает. Наименьшее число полюсов, когда-либо использовавшееся в двигателе с короткозамкнутым ротором, равно двум. Двухполюсный двигатель с частотой 60 Гц будет работать со скоростью примерно 3600 об/мин. Как скоро будет видно, двигатель всегда будет работать на скорости менее 3600 об/мин.
Чтобы найти приблизительную скорость любого двигателя с короткозамкнутым ротором, можно использовать формулу для синхронной скорости, которая на самом деле является скоростью вращающегося магнитного поля:

N = синхронная скорость (об/мин)
F = частота источника питания ( Герц)
P = количество полюсов статора
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором намотаны для синхронных скоростей, указанных в таблице 3-1.

Количество полюсов Синхр. скорость (при 60 Гц) Синхр. скорость (при 50 Гц)
2 3600 3000
4 1800 1500
6 1200 1000
СО 900 750
10 720 600
12 600 500

Таблица 3-1.Синхронные скорости двигателя в зависимости от количества полюсов

Большинство стандартных асинхронных двигателей (размеры корпуса от NEMA 143T до 445T) имеют не более восьми полюсов.
Фактическая скорость вала двигателя несколько меньше синхронной скорости. Эта разница между синхронной и фактической скоростями определяется как скольжение. Если бы ротор с короткозамкнутым ротором вращался так же быстро, как поле статора, стержни ротора оставались бы неподвижными по отношению к вращающемуся магнитному полю. В стержнях ротора не будет индуцироваться напряжение, и стержни ротора не будут отсекать магнитный поток.В результате не будет тока, установленного для создания крутящего момента. Поскольку крутящий момент не создается, ротор будет замедляться до тех пор, пока не будет наведен достаточный ток для развития крутящего момента. При развитии крутящего момента ротор разгоняется до постоянной скорости. Рисунок 3-29 представляет собой графическое изображение проскальзывания.

Рисунок 3-29. Проскальзывание асинхронного двигателя
Подводя итог: Должна существовать разница между вращающимся магнитным полем статора и фактическим положением стержней ротора. Это позволяет стержням ротора прорезать магнитные поля статора и создавать магнитное поле в роторе.Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает притяжение, необходимое для развития крутящего момента.
При увеличении нагрузки на двигатель скорость вращения ротора уменьшается. Затем вращающееся поле режет стержни ротора с большей скоростью, чем раньше. Это приводит к увеличению тока в стержнях ротора и увеличению силы магнитного полюса ротора. По сути, по мере увеличения нагрузки увеличивается и выходной крутящий момент.
Проскальзывание обычно выражается в процентах и ​​может быть легко рассчитано по следующей формуле:

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют проскальзывание в диапазоне примерно 3-20%.Двигатели с проскальзыванием 5% и выше используются для приложений с трудным пуском. Двигатель со скольжением 5% или менее называется двигателем с нормальным скольжением. Двигатель с нормальным скольжением часто называют двигателем с постоянной скоростью, потому что скорость очень мало меняется при изменении нагрузки.
При указании скорости двигателя на паспортной табличке большинство производителей двигателей используют фактическую скорость двигателя при номинальной нагрузке. Используемый термин — базовая скорость. Базовая скорость — это скорость, несколько более низкая, чем синхронная скорость
.Она определяется как фактическая скорость ротора при номинальном напряжении, номинальной частоте и номинальной нагрузке.
Направление вращения
Направление вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором зависит от подключения двигателя к линиям электропередач. Вращение можно легко изменить, поменяв местами любые два входных провода.
Управление крутящим моментом и мощностью
Как обсуждалось ранее, мощность учитывает скорость вращения вала. Для быстрого вращения вала требуется больше лошадиных сил, чем для медленного.Примечание. Лошадиная сила — это скорость выполнения работы.
По определению, 1 HP равен 33 000 ft-lb в минуту. Другими словами, подъем веса в 33 000 фунтов на 1 фут за 1 минуту потребует 1 HP.
Используя приведенную ниже знакомую формулу, мы можем определить мощность, развиваемую асинхронным двигателем переменного тока.

T = крутящий момент в фунто-футах N = скорость в об/мин
Например, вал двигателя вращается со скоростью 5 об/мин и развивает крутящий момент в 3 фунто-фута. Подставив в формулу известную информацию, вычисляем, что мотор развивает примерно 0.003 л.с. (3 х 5 -f 5252 = 0,0028). Как видно из формулы, мощность в лошадиных силах напрямую связана со скоростью вращения вала двигателя. Если вал вращается в два раза быстрее (10 об/мин), двигатель будет развивать почти 0,006 л.с., в два раза больше.
Мы можем увидеть общие эмпирические правила для крутящего момента, развиваемого в зависимости от скорости, изучив Таблицу 3-2.
Развиваемый крутящий момент будет немного отличаться на двигателях с меньшей мощностью и частотой вращения или нестандартных двигателях.
Как видно из таблицы 3-2, при более высоких синхронных скоростях асинхронный двигатель развивает меньший крутящий момент по сравнению с более низкими скоростями.Мы также можем видеть, что чем больше количество полюсов, тем больше развиваемый крутящий момент.

Количество полюсов Синхр. скорость (при 60 Гц) Крутящий момент, развиваемый по HP
2 3600 1,5 фунт-фут
4 1800 3 фунт-фут
6 1200 4,5 фунт-фут
8 900 6 фунт-фут
10 720 7.5 фунт-фут
12 600 8,75 фунт-фут

Таблица 3-2. Асинхронный двигатель переменного тока — скорость в зависимости от развиваемого крутящего момента

По сути, чем больше полюсов, тем сильнее создаваемые магнитные поля. При большем магнитном потоке, взаимодействующем с потоком ротора, будет происходить более сильное крутящее движение, тем самым развивая больший крутящий момент.
Что касается крутящего момента двигателя, то на стандартной кривой скорости/крутящего момента есть несколько областей, которые следует пересмотреть.Асинхронный двигатель предназначен для обеспечения этого дополнительного крутящего момента, необходимого для запуска нагрузки. Кривая скорости и момента для типичного асинхронного двигателя показана на рис. 3-30.

Рисунок 3-30. Кривая скорость/крутящий момент для двигателя конструкции NEMA B
На рис. 3-30 показано, что пусковой момент составляет около 250 % крутящего момента при номинальной нагрузке.

Пиковый (пробойный) крутящий момент

Иногда происходит внезапная перегрузка двигателя. Чтобы двигатель не глох при каждой перегрузке, двигатели имеют так называемый пробивной крутящий момент.Точка пробивного крутящего момента намного выше точки номинального момента нагрузки. По этой причине для остановки двигателя требуется значительная перегрузка. Кривая скорость/крутящий момент, показанная на рис. 3-30, показывает, что опрокидывающий момент для типичного асинхронного двигателя составляет около 270 % от номинального момента нагрузки.
Эксплуатация двигателя с перегрузкой в ​​течение длительного периода времени приведет к чрезмерному нагреву двигателя и, в конечном итоге, к возгоранию его обмоток.
Определения и номинальные значения NEMA для характеристического крутящего момента асинхронного двигателя приведены далее в этом разделе.

Момент блокировки ротора (пусковой момент или пусковой момент)

Момент заторможенного ротора двигателя – это минимальный крутящий момент, который он будет развивать в состоянии покоя при всех угловых положениях ротора. Эта возможность верна при номинальном напряжении и частоте.

Крутящий момент

Подтягивающий момент двигателя — это минимальный крутящий момент, развиваемый двигателем при разгоне из состояния покоя до точки критического крутящего момента. Для двигателей, не имеющих определенного опрокидывающего момента, подтягивающий момент представляет собой минимальный момент, развиваемый до номинальной скорости.

Пиковый (пробойный) крутящий момент

Опрокидывающий крутящий момент двигателя — это максимальный развиваемый им крутящий момент. Эта возможность действительна при номинальном напряжении и частоте без резкого падения скорости.

Номинальный момент нагрузки

Номинальный крутящий момент нагрузки двигателя — это крутящий момент, необходимый для создания номинальной мощности двигателя при номинальной скорости нагрузки. (Примечание. Скорость при номинальной нагрузке обычно считается базовой скоростью. Базовая скорость означает фактическую скорость вращения ротора, когда к двигателю приложены номинальное напряжение, частота и нагрузка.)
Приведенные выше обозначения крутящего момента очень важны для разработчика двигателя. По существу, двигатели могут быть разработаны с упором на одну или несколько из вышеперечисленных характеристик крутящего момента для производства двигателей для различных применений. Улучшение одной из этих характеристик крутящего момента может неблагоприятно повлиять на некоторые другие характеристики двигателя.

Типы корпусов и охлаждение

Двигатели часто подвергаются воздействию вредных атмосфер, таких как чрезмерная влажность, пар, соленый воздух, абразивная или токопроводящая пыль, пух, химические пары, а также горючая или взрывоопасная пыль или газы.Для защиты двигателей может потребоваться определенный корпус или герметизированные обмотки, а также специальная защита подшипников.
Двигатели, подвергающиеся воздействию следующих условий, могут нуждаться в специальных креплениях или защите: механические или электрические нагрузки, вызывающие повреждение, такие как несимметричные условия напряжения, ненормальные удары или вибрация, скручивающие ударные нагрузки, чрезмерное осевое усилие или радиальные нагрузки.
Доступны различные типы корпусов. Здесь перечислены несколько наиболее распространенных типов, многие из которых имеют те же обозначения, что и двигатели постоянного тока.Настоятельно рекомендуется, чтобы персонал, активно участвующий в применении асинхронных двигателей, был знаком и соблюдал содержание NEMA MG2 («Стандарт безопасности для конструкции и руководство по выбору, установке и использованию электродвигателей и генераторов»).

Открытый двигатель

Открытый тип корпуса двигателя имеет вентиляционные отверстия, которые обеспечивают прохождение внешнего охлаждающего воздуха над обмотками и вокруг них.

Открытый каплезащитный двигатель

Открытый каплезащитный корпус (ODP) сконструирован таким образом, что капли жидкости или твердых частиц, падающие на машину с вертикального направления, не могут попасть в машину.(Это вертикальное направление не находится под углом более 15°.)

Защищенный двигатель

(сокращенно DPFG — каплезащитный, полностью защищенный). В защищенном корпусе все вентиляционные отверстия ограничены указанными размерами и формой. Этот корпус предотвращает проникновение пальцев или стержней и ограничивает случайный контакт с вращающимися или электрическими частями.

Брызгозащищенный двигатель

Брызгозащищенный корпус сконструирован таким образом, что капли жидкости или твердые частицы, падающие на двигатель, не могут попасть внутрь.(Эти жидкие или твердые частицы могут располагаться по прямой линии или под любым углом, не превышающим 100° от вертикали.)

Полностью закрытый двигатель

Полностью закрытый тип корпуса предотвращает свободный обмен воздуха между внутренней и внешней частью корпуса, но не является воздухонепроницаемым.
Двигатель с полностью закрытым невентилируемым корпусом (TENV)
Полностью закрытый двигатель с невентилируемым корпусом не оборудован для охлаждения внешними устройствами.
Полностью закрытый двигатель с вентиляторным охлаждением (TEFC)
Полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением оснащен установленным на валу вентилятором, обдувающим внешнюю раму охлаждающим воздухом.Это популярный двигатель для использования в пыльных, грязных и агрессивных средах.

Полностью закрытый двигатель с вентиляторным охлаждением (TEBC)

Полностью закрытый корпус с воздушным охлаждением является полностью закрытым и оснащен вентилятором с независимым приводом, обдувающим внешний корпус охлаждающим воздухом. Двигатель TEBC обычно используется в приложениях с постоянным крутящим моментом и переменной скоростью.

Закрытый двигатель

Герметичный корпус имеет обмотки, покрытые толстым слоем материала для защиты от влаги, грязи, истирания и т. д.Некоторые герметичные двигатели имеют покрытие только на концах катушек. В двигателях с обмотками, залитыми под давлением, герметизирующий материал пропитывает обмотки даже в пазах катушек. Благодаря такой полной защите двигатели часто можно использовать в приложениях, требующих полностью закрытых двигателей.

Взрывозащищенный (TEXP) двигатель

Взрывозащищенный корпус полностью закрыт и сконструирован так, чтобы выдерживать взрыв газа или пара внутри него. Он также предотвращает воспламенение газа или пара, окружающих машину, от искр, вспышек или взрывов, которые могут произойти внутри корпуса машины.

Защита и рейтинги

Защита двигателя

Типичный метод запуска трехфазного асинхронного двигателя заключается в подключении двигателя непосредственно к линии электропередачи. Линейный пуск двигателя осуществляется трехфазным контактором. Для надлежащей защиты двигателя от длительных перегрузок устройства защиты двигателя обычно устанавливаются в том же корпусе, что и трехфазный контактор. Эти перегрузки (OL) работают как нагревательные элементы — нагревают до точки размыкания цепи и механически отключают цепь (Рисунок 3-31).

Рисунок 3-31. Линия запуска двигателя
Перегрузки можно приобрести с определенным временем, встроенным в элемент. Классы 10, 20 и 30 являются обычными классами для промышленного использования. Перегрузка класса 10 означает, что при перегрузке допускается пусковой ток 600 % в течение 10 с, после чего цепь размыкается. Перегрузки класса 20 допускают пусковой ток 600 % в течение 20 с, а класс 30 допускает работу в течение 30 с. Ток, потребляемый типичным асинхронным двигателем, а также создаваемый крутящий момент можно увидеть на рис. 3-32.
Запуск асинхронного двигателя от сети, как показано на рис. 3-32, позволит двигателю развить номинальный крутящий момент, как только будет нажата кнопка пуска двигателя. Это связано с тем, что по всей линии двигатель имеет преимущество полного напряжения, тока и частоты (Гц). Пока входная мощность соответствует номинальному значению, двигатель будет развивать крутящий момент, как показано на рис. 3-32, от нуля до базовой скорости.

Рисунок 3-32. Крутящий момент двигателя и пусковой ток (запуск от сети)
Если соотношение напряжения и частоты поддерживается, двигатель будет развивать номинальный крутящий момент, на который он рассчитан.Эту зависимость можно увидеть на рис. 3-33, и она обозначена как отношение вольт/герц (В/Гц).

Рисунок 3-33. Отношение Вольт/Гц (В/Гц)
Как видно на рис. 3-33, отношение В/Гц вычисляется путем простого деления входного напряжения на герц. Эта характеристика является важным компонентом конструкции привода переменного тока, который будет рассмотрен в следующем разделе.
Могут быть приложения, в которых полный крутящий момент нежелателен при запуске двигателя: например, применение конвейера на линии розлива.Если на подающем конвейере есть открытые полные бутылки на конвейере, полный крутящий момент при запуске конвейера будет не очень хорошей ситуацией. (Бутылки выльют все свое содержимое.) В подобных случаях потребуется пуск с пониженным крутящим моментом. Также бывают случаи, когда полное напряжение и частота 90 630 Гц, вызывающая 600 % пускового тока, могут вызвать серьезное падение мощности в системе электроснабжения. Примером могут служить двигатели большой мощности, подключенные к компрессорам. В этих случаях потребуется пуск с пониженным напряжением.Если напряжение ниже номинального значения, двигатель не будет развивать номинальный крутящий момент (согласно соотношению В/Гц, указанному на рис. 3-32). Уменьшение отношения В/Гц также снижает пусковой ток, что означает меньшее падение мощности.
Уменьшить пусковой ток можно одним из следующих способов.

Первичный резистор или реактивное сопротивление

Метод первичного резистора или реактивного сопротивления использует последовательное реактивное сопротивление или сопротивление для уменьшения тока в течение первых секунд.Через заданный интервал времени двигатель подключается непосредственно к линии. Этот метод можно использовать с любым стандартным асинхронным двигателем.

Автотрансформатор

Метод автотрансформатора использует автотрансформатор для прямого снижения напряжения и тока в течение первых нескольких секунд. Через заданный интервал времени двигатель подключается непосредственно к линии. Этот метод также можно использовать с любым стандартным асинхронным двигателем.

звезда-треугольник

Метод «звезда-треугольник» применяет напряжение к соединению Y для уменьшения тока в течение первых нескольких секунд.По истечении заданного интервала времени двигатель подключается в режиме треугольника, допуская полный ток. Этот тип асинхронного двигателя должен быть сконструирован с соединением обмотки по схеме «звезда-треугольник».

Частичная обмотка

В методе частичной обмотки используется конструкция двигателя с двумя отдельными цепями обмоток. При запуске включается только одна цепь обмотки, и ток уменьшается. Через заданный интервал времени полная обмотка двигателя подключается непосредственно через линию. Этот тип двигателя должен иметь две отдельные цепи обмотки.Во избежание перегрева и повреждения обмотки время между соединениями первой и второй обмотки ограничено максимум 4 секундами.

Номинальные характеристики двигателя

При рассмотрении номиналов также необходимо рассмотреть несколько конструктивных особенностей асинхронного двигателя. Далее будут подробно рассмотрены классификации, характеристики и номинальные характеристики асинхронных двигателей.
Из-за разнообразия требований к крутящему моменту NEMA разработала различные «конструкции», подходящие практически для всех областей применения.Эти конструкции учитывают пусковой ток и скольжение, а также крутящий момент. Эти классы конструкции двигателя не следует путать с различными классами изоляции проводов, которые также обозначаются буквами.

В Таблице 3-3 указаны различные классификации конструкций NEMA и подходящие области применения.
Класс исполнения Пусковой ток Момент блокировки ротора Опрокидывающий момент %
Скольжение
Подходящие области применения
Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы, компрессоры без нагрузки, станки и прочее.Нагрузка с постоянной скоростью.
А Высокий Мед. Крутящий момент Высокий 5%
Макс.
Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы, компрессоры без нагрузки, станки, прочее. Нагрузка с постоянной скоростью.
Б Средний Мед. крутящий момент Высокий 5% Макс. Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы, компрессоры без нагрузки, станки, прочее. Нагрузки с постоянной скоростью.
С Средний Высокий крутящий момент Средний 5%
Макс.
Высокоинерционный запуск (напр.г., центробежные нагнетатели, маховики, дробилки. Пуск под нагрузкой (например, поршневые насосы, компрессоры, конвейеры). Постоянная скорость загрузки.
Д Средний Сверхвысокий крутящий момент Низкий 5-13% Очень высокая инерция, запуск под нагрузкой. Значительное изменение скорости нагрузки (например, пробивные прессы, ножницы, формовочные станки, краны, подъемники, подъемники, домкраты для масляных насосов)
ЛУ От среднего до высокого От среднего до высокого От среднего до высокого 75% Насосы, вентиляторы и воздуходувки

Таблица 3-3.Расчеты крутящего момента NEMA для многофазных двигателей

На рис. 3-34 показаны относительные различия в крутящем моменте для определенного класса конструкции двигателя NEMA. Все указанные двигатели запускаются от сети.
Как видно на рис. 3-34, основные различия заключаются в пусковом крутящем моменте и возможностях пикового или опрокидывающего крутящего момента.

Эффективность

КПД двигателя — это просто отношение «выходной» мощности к «входной», выраженное в процентах.

Рисунок 3-35 иллюстрирует общую взаимосвязь между током, скольжением, эффективностью и коэффициентом мощности.

Рисунок 3-34. Сравнение конструкций NEMA (характеристики скорости/крутящего момента)
Как правило, КПД двигателя относительно неизменен от номинальной нагрузки до 50 % от номинальной нагрузки. Некоторые двигатели демонстрируют максимальную эффективность около 75% от номинальной нагрузки.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности (P.F.) — это отношение активной мощности к полной мощности, или кВт/кВА. Киловатты (кВт) измеряются ваттметром, а киловольт-ампер (кВА) измеряются вольтметром и амперметром.Коэффициент мощности, равный единице (1,0) или единице, идеален. Коэффициент мощности самый высокий вблизи номинальной нагрузки, как показано на рис. 3-35. Коэффициент мощности при нагрузке 50% значительно меньше и продолжает резко снижаться вплоть до нулевой скорости.
Рис. 3-35. Взаимосвязь скорости, скольжения, КПД и коэффициента мощности

Потребляемый ток

Потребляемый ток в амперах пропорционален фактической нагрузке на двигатель в районе номинальной нагрузки. При других нагрузках потребление тока имеет тенденцию быть более нелинейным (Рисунок 3-35).

Блокированный ротор (кВА/л.с.)

Еще одна номинальная мощность, указанная на заводских табличках двигателей, — это кВА с заблокированным ротором на лошадиную силу. (Некоторые производители используют обозначение усилителей с заблокированным ротором.) На паспортной табличке появляется буква, соответствующая различным значениям кВА/л.с. См.

Таблица 3-4 для буквенных обозначений.
Кодовая буква кВА/л.с.
А 0-3.14
Б 3.15-3,54
С 3,55-3,9
Д 4,0-4,4
Е 4,5-4,9
Ф 5,0–5,5
Г 5,6-6,2
Н 6,3-7,0
Дж 7,1-7,9
К 8,0-8,9
Л 9,0-9,9
М 10.0-11.1
Н 11,2-12,4
Р 12,5-13,9
Р 14,0-15,9
С 16,0-17,9
Т 18,0-19,9
У 20,0-22,3
В 22.4 и выше

Таблица 3-4. Заблокированный ротор кВА на л.с.

Коды на паспортной табличке являются хорошим индикатором пускового тока в амперах.Нижняя кодовая буква указывает на низкий пусковой ток, а высокая кодовая буква указывает на высокий пусковой ток для определенной номинальной мощности двигателя. Расчет пускового тока можно выполнить по следующей формуле:

Пример: Каков примерный пусковой ток двигателя мощностью 10 л.с., 208 В с кодовой буквой «K» на паспортной табличке?
Решение: Из таблицы 3-4 видно, что кВА/л.с. для кодовой буквы «K» составляет от 8,0 до 8,9. Взяв число примерно посередине и подставив в формулу, получим:

Следовательно, пусковой ток примерно 236 ампер.Пусковой ток важен, потому что покупатель двигателя должен знать, какую защиту (от перегрузки) он должен обеспечить. Установка также должна включать в себя линии электропередач достаточного размера для передачи требуемых токов и предохранителей соответствующего размера.

Системы изоляции

Система изоляции представляет собой группу изоляционных материалов в сочетании с проводниками и опорной конструкцией двигателя. Системы теплоизоляции делятся на классы в соответствии с тепловым рейтингом системы.В двигателях используются четыре класса систем изоляции: классы A, B, F и H. Не путайте эти классы изоляции с ранее рассмотренными конструкциями двигателей. Эти классы дизайна также обозначаются буквой.
Еще одним фактором путаницы являются классы системы изоляции по напряжению обмоток статора. Эти классы также обозначаются, например, классом B, F и H. NEMA, стандарт MG1, часть 31 указывает классы изоляции по напряжению относительно использования в приводах переменного тока. Более подробный обзор характеристик изоляции напряжения двигателя будет сделан в разделе 4.
На этом этапе мы рассмотрим классы температурной изоляции, общие для стандартных промышленных асинхронных двигателей, работающих через линию.
, класс A. Изоляция класса A – это изоляция, испытания которой показали, что при работе при температуре 105°C существует достаточная термическая стойкость. Типичные используемые материалы включают хлопок, бумагу, целлюлозно-ацетатные пленки, эмалированную проволоку и аналогичные органические материалы, пропитанные подходящими веществами.
Класс B. Изоляция класса B — это изоляция, испытания которой показали, что при работе при температуре 130°C существует достаточная термическая стойкость.Типичные материалы включают слюду, стекловолокно, асбест и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, обладающими подходящей термостойкостью.
Класс F. Изоляция класса F — это изоляция, испытания которой показали, что при работе при температуре 155°C существует достаточная термическая стойкость. Типичные материалы включают слюду, стекловолокно, асбест и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, обладающими подходящей термостойкостью.
Класс Н.Изоляция класса H – это изоляция, испытания которой показали, что при работе при температуре 180°C существует достаточная термическая стойкость. Типичные используемые материалы включают слюду, стекловолокно, асбест, силиконовый эластомер и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, такими как силиконовые смолы, обладающие подходящей термостойкостью.

Обычные условия эксплуатации

При эксплуатации в пределах установленных NEMA «обычных условий эксплуатации» стандартные двигатели будут работать в соответствии с их характеристиками.
При условиях эксплуатации, отличных от обычных, необходимо соблюдать перечисленные ниже меры предосторожности.
Температура окружающей среды или помещения не выше 40°С. Если температура окружающей среды выше 40°C (104°F), следует уменьшить эксплуатационный коэффициент двигателя или использовать двигатель большей мощности. Более крупный двигатель будет нагружен ниже полной мощности, поэтому повышение температуры будет меньше, а перегрев снизится. (Примечание: Сервисный коэффициент относится к номинальной мощности двигателя и указывает на допустимую нагрузку по мощности, которую может выдерживать двигатель.Например, эксплуатационный коэффициент 1,15 позволит двигателю потреблять 15% перегрузочной мощности.)
Высота над уровнем моря не превышает 3300 футов (1000 метров). Двигатели, имеющие системы изоляции класса A или B и повышенную температуру в соответствии с NEMA, могут удовлетворительно работать на высоте более 3300 футов. Однако в местах на высоте более 3300 футов снижение температуры окружающей среды должно компенсировать повышение температуры, как показано в Таблице 3-5.

Окружающая темп. °С (°F) Макс.высота (футы)
40 (104) 3300
30 (86) 6600
20 (68) 9900

Таблица 3-5. Температура в зависимости от высоты

Двигатели с эксплуатационным коэффициентом 1,15 или выше будут удовлетворительно работать при единичном эксплуатационном коэффициенте и температуре окружающей среды 40°C на высоте от 3300 футов до 9000 футов.
Колебания напряжения. Отклонение напряжения не более чем на ±10 % от напряжения, указанного на паспортной табличке:
Эксплуатация вне этих пределов или в условиях несбалансированного напряжения может привести к перегреву или потере крутящего момента и может потребовать использования двигателя большей мощности.
Изменения частоты. Отклонение частоты не более чем на ±5% от паспортной частоты: Эксплуатация вне этих пределов приводит к существенному изменению скорости и вызывает перегрев и снижение крутящего момента.
Комбинация 10-процентного отклонения напряжения и частоты при условии, что отклонение частоты не превышает 5 %.
Монтажная поверхность и расположение. Монтажная поверхность должна быть жесткой и соответствовать спецификациям NEMA. Расположение дополнительных кожухов не должно серьезно мешать вентиляции двигателя.

Типы двигателей переменного тока

Введение Электродвигатели переменного тока

можно разделить на две основные категории — асинхронные и синхронные. Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным типом асинхронного двигателя (то есть скорость зависит от скольжения). При рассмотрении асинхронных двигателей существует два номинальных обозначения — NEMA и IEC.
Другим типом асинхронного двигателя является двигатель с фазным ротором. Этот тип двигателя имеет регулируемую скорость и крутящий момент благодаря добавлению вторичного сопротивления в цепь ротора.Третьим типом популярных асинхронных двигателей являются однофазные двигатели. Однофазные двигатели переменного тока не рассматриваются из-за их ограниченного использования в промышленности при подключении к частотно-регулируемым приводам.
Синхронный двигатель по своей сути представляет собой двигатель с постоянной скоростью, если он работает непосредственно через линию. Этот тип двигателя работает синхронно с частотой сети. Синхронные двигатели двух типов: без возбуждения и с возбуждением постоянным током.
Основные принципы работы асинхронных двигателей переменного тока были рассмотрены ранее.В этом разделе внимание будет уделено обозначениям двигателей, номинальным характеристикам и конструкциям.

Стандартные асинхронные двигатели переменного тока (NEMA и IEC) Рамные двигатели

NEMA широко используются в промышленности США. Эта конструкция двигателя была разработана до 1950-х годов и хорошо зарекомендовала себя во многих типах приложений с фиксированной скоростью. В 1952 и 1964 годах NEMA оценило стандартные размеры рам и переоценило стандарты рам. Результатом стали рамы двигателей меньшего диаметра (например, от исходной рамы 326 до 1952 г. до рамы 284U в 1952 г. и до рамы 256T в 1964 г.).По мере переразбора размеры корпуса (номера) уменьшались, как и количество железа в статоре. С меньшим количеством железа в статоре реализуется меньшая перегрузочная способность по сравнению с U-образной рамой или исходным размером рамы.
Однако рамы меньшего диаметра обеспечивают большую эффективность и более быструю реакцию на изменения магнитного потока. На рис. 3-36 показана конструкция стандартного асинхронного двигателя переменного тока. Идентифицируются все основные компоненты двигателя.
Следует отметить, что все стандартные двигатели имеют небольшой прямоугольный паз, прорезанный вдоль вала, называемый шпоночным пазом или шпоночным гнездом.Этот слот включает в себя прямоугольный кусок стали конической формы, называемый шпонкой. Шпонка вставляется в шпоночный паз и плотно прилегает, чтобы механически соединить вал и муфту или соединительное устройство, такое как шкив или шестерня.
Как видно на рис. 3-36, асинхронный двигатель — довольно простое устройство. Однако для создания небольших допусков и воздушных зазоров требуется точное проектирование, что обеспечит максимальную эффективность и создание крутящего момента.

Рисунок 3-36. Конструкция асинхронного двигателя переменного тока
Асинхронный двигатель переменного тока (многофазный асинхронный двигатель) можно разделить на пять классификаций в соответствии с NEMA.Характеристики скорости/крутящего момента для каждой классификации были представлены в предыдущем разделе. Здесь будет представлено краткое описание каждой классификации с последующим сравнением с рамными двигателями IEC.
• NEMA, исполнение A: Этот тип двигателя имеет более высокую характеристику пробивного момента по сравнению с двигателями NEMA, исполнение B. Эти двигатели обычно разрабатываются для специального использования, а их характеристика скольжения обычно составляет менее 5 %.
• NEMA, конструкция B: этот тип двигателя предназначен для общего применения, и на его долю приходится наибольшая доля продаваемых асинхронных двигателей.Типичное скольжение для двигателя конструкции B составляет 3-5% или меньше.
• NEMA, исполнение C: Этот тип двигателя имеет высокий пусковой момент, относительно нормальный пусковой ток и малое скольжение. Тип нагрузки, применяемой к конструкции С, — это нагрузка, при которой отрывные нагрузки при запуске высоки. Нагрузки, однако, обычно работают в номинальной точке с очень небольшой потребностью в перегрузке.
• NEMA, конструкция D: Этот тип двигателя имеет высокий пусковой момент, высокое скольжение, но также низкую скорость при полной нагрузке. Из-за высокого скольжения (513%) скорость может легко колебаться из-за изменения нагрузки.
• NEMA, конструкция E: Этот тип двигателя известен своим высоким КПД и используется в основном там, где требования к пусковому крутящему моменту невелики. Вентиляторы и центробежные насосы составляют основную часть приложений, использующих этот тип двигателя.
Рисунок 3-37 показывает конструкции NEMA и сравнивает конструкцию с номинальным пусковым током и скоростью.
Как показано на рис. 3-37, хотя конструкция E может иметь самый высокий КПД, она также имеет самый высокий пусковой ток — около 800 %. Этот факт необходимо учитывать при выборе надлежащих элементов нагревателя защиты от перегрузки.Большинство стандартных асинхронных двигателей имеют номинальный пусковой ток ближе к 600%.

Рисунок 3-37. Ток в зависимости от скорости для конструкций двигателей NEMA
Хотя двигатели NEMA оцениваются в лошадиных силах, бывают случаи, когда двигатель указывается на основе его типоразмера. NEMA поставляет стандартные обозначения рам, вплоть до рамы 445T. Выше этого рейтинга производители двигателей могут устанавливать свои собственные стандарты и обозначать номинальные параметры двигателя как превышающие рейтинги NEMA.
Существуют стандартные типоразмеры двигателей, основанные на заданной мощности или базовой скорости.NEMA определяет расстояние в футах от осевой линии как показатель размера рамы. Также есть обозначение диаметра рамы. На рис. 3-38 показан асинхронный двигатель переменного тока с указанием типоразмера.

Рисунок 3-38. Обозначение двигателя с рамой 324
Используя в качестве примера двигатель с рамой 324 T, разработчик двигателя определяет расстояние от осевой линии вала до опоры, равное 8 дюймам. Чтобы рассчитать любое расстояние от осевой линии вала до стопы, разделите первые две цифры номера рамы на 4 (32 -f- 4 = 8 дюймов).Обладая этой информацией, инженер по применению может спроектировать машину с учетом размеров двигателя. Это также помогает сравнивать один двигатель с двигателем другого производителя. Все размеры двигателя стандартные.
Поскольку размеры двигателя являются стандартными, то же самое относится и к паспортным данным двигателя. Как и в случае с двигателями постоянного тока, паспортные таблички двигателей переменного тока содержат всю необходимую информацию для эффективного применения двигателя. На рис. 3-39 приведен пример типичной паспортной таблички двигателя переменного тока.

Рисунок 3-39. Паспортная табличка электродвигателя переменного тока
• Типоразмер: указание номинальных характеристик корпуса в расчете на конкретную мощность в лошадиных силах с учетом номинального напряжения и частоты (пример: типоразмер 256T).
• HP: Доступная мощность при указанном напряжении и частоте.
• Напряжение, фаза и частота: обозначения номинального напряжения, фазы и частоты в герцах. Многие промышленные двигатели рассчитаны на двойное напряжение. Это означает, что они могут быть подключены к двум разным линиям напряжения. Рабочее напряжение обозначается либо перемычками, либо конфигурациями проводов, которые устанавливаются в распределительной коробке. Как правило, двигатели корпуса NEMA рассчитаны на работу с частотой 60 Гц.
• FL Amps: номинальный ток двигателя, указанный в амперах.На некоторых паспортных табличках номинальный ток указан как FLA (ампер полной нагрузки). Это будет означать, что двигатель будет потреблять заявленные ампер при номинальном напряжении, частоте и нагрузке. Если двигатель является двигателем с двойным напряжением, будут указаны два значения ампер. Первое значение будет совпадать с первым указанным значением напряжения. Второе значение будет совпадать со вторым указанным значением напряжения. (Пример: на двигателе 230/460 В номинальная сила тока на паспортной табличке может составлять 68/34 А. Двигатель будет потреблять в два раза больше тока при подключении 230 В по сравнению с подключением 460 В.)
• об/мин: это скорость двигателя в об/мин при базовой скорости. Базовая скорость указывается как номинальное напряжение, частота и нагрузка. Из-за меньшего скольжения скорость ненагруженного двигателя возрастет с этой скорости до скорости, близкой к синхронной.
• Класс конструкции и изоляции: Класс конструкции указывает обозначение NEMA для A, B, C, D или E. Как правило, класс изоляции указывает температурную способность изоляции обмотки статора. Например, общее обозначение изоляции класса B допускает максимальное повышение температуры до 130°C (266°F).Изоляция класса H допускает максимальное повышение температуры до 180°C (356°F). Под повышением температуры понимается степень повышения температуры выше нормальной температуры окружающей среды, равной 40°C (104°F).
В настоящее время для двигателей вводится дополнительная классификация — по электрической прочности изоляции обмотки статора (относится к диэлектрической прочности). Двигатели переменного тока, применяемые в частотно-регулируемых приводах, подвержены риску возможного повреждения изоляции из-за технологии преобразования энергии в приводе.Стресс напряжения за пределами номинального значения может привести к микроскопическим отверстиям в изоляции, что может привести к обрыву фазы и, в конечном итоге, к отказу двигателя. Двигатели, предназначенные для работы в инверторном режиме, имеют электрическую изоляцию, позволяющую избежать выхода из строя из-за проблем с технологией привода. Стандарты
NEMA MG-1, Часть 31 указывают, что двигатели, работающие от приводов с напряжением 600 В или менее, должны выдерживать пиковое напряжение 1600 В. Длина кабеля двигателя и частота привода (переключателя) также играют роль в возможном повреждении преобразователя частоты. прочность изоляции двигателя.Двигатели с прочностью изоляции 1200 В или 1000 В не следует использовать с приводами переменного тока, если не будут приняты дополнительные меры предосторожности. Специальные выходные фильтры привода снижают влияние высоких пиковых напряжений и снижают риск повреждения изоляции.
При возникновении вопросов относительно прочности изоляции обмоток следует всегда консультироваться с производителем двигателя. Изготовитель может дать рекомендации относительно дополнительных мер безопасности, которые могут потребоваться для увеличения срока службы двигателя при подключении к приводу.
• Долг и С.Ф. (Коэффициент обслуживания): режим работы большинства стандартных двигателей переменного тока указан как «непрерывный» или «прерывистый». Эксплуатационный коэффициент двигателя
— это множитель или дополнительная безопасная мощность нагрузки выше номинальной. Небольшие двигатели с дробной мощностью могут иметь эксплуатационный коэффициент 1,4, в то время как двигатели большей интегральной мощности могут иметь эксплуатационный коэффициент только 1,15. Например, 1,15 S.F. будет указывать на мощность двигателя на 15% больше мощности сверх номинальной. 1,4 С.Ф. укажет на 40% дополнительной выходной мощности.
• Эффективность и окружающая среда: многие двигатели могут быть отмечены обозначением высшей эффективности. Кроме того, может быть указан фактический номер, например 89,5. Эффективность тесно связана с классификацией NEMA, например, конструкция A, B, C и т. д. Производитель двигателя получает оценку от независимого испытательного агентства. Температура окружающей среды представляет собой максимальную нормальную рабочую температуру ниже значения, указанного в классе теплоизоляции.
Не все двигатели переменного тока содержат все данные, перечисленные выше.Но на табличках всех двигателей будет указана самая важная информация, такая как напряжение, частота, сила тока и скорость вращения. Эта информация требуется приводу переменного тока, чтобы привод мог сопоставить внутреннюю диагностику с данными двигателя.
На паспортных табличках некоторых двигателей указана схема подключения обмоток с двойным напряжением; другие имеют наклейку или этикетку внутри распределительной коробки с указанием соединений проводки. Некоторые из новых двигателей, выпускаемых сегодня, указывают диэлектрическую прочность изоляции или монтажной конструкции.

Рейтинги IEC

На этом этапе было бы полезно кратко просмотреть характеристики двигателей IEC, а затем сравнить IEC с NEMA. Сегодня рынок двигателей стал более глобальным, и двигатели с рейтингом IEC на оборудовании экспортируются из Европы.
IEC — это аббревиатура Международной электротехнической комиссии. IEC, как и NEMA, устанавливает и публикует механические и электрические стандарты для двигателей. Многие стандарты IEC были национализированы для конкретной страны, например Германии, Великобритании или Франции.
Хотя в стандартах NEMA и IEC используются разные термины, они по существу схожи по номиналам и во многих случаях взаимозаменяемы. Стандарты NEMA, вероятно, более консервативны, что допускает интерпретацию конструкции. Стандарты МЭК более конкретны и категоризированы. Обычно они точнее.
И IEC, и NEMA используют буквенные коды для обозначения механических размеров. Они также используют кодовые буквы для обозначения общего размера кадра. Коды размеров NEMA и IEC не являются взаимозаменяемыми, равно как и размеры корпуса (за исключением корпуса 56, который одинаков в NEMA и IEC).
Как и ожидалось, обозначения NEMA указаны в дюймах и лошадиных силах, тогда как обозначения IEC указаны в миллиметрах и киловаттах. NEMA перечисляет несколько обозначений и описаний корпусов, тогда как IEC использует номера.
IEC перечисляет два числа: первое число указывает на защиту от твердых предметов; вторая цифра указывает на защиту от попадания воды. Буквы на корпусе «IP» указывают на степень защиты от внешних воздействий. (Пример: IP55. Первая «5» указывает на полную защиту, в том числе пыленепроницаемую, а вторая «5» указывает на защиту от воды, распыляемой из сопла с любого направления.Этот тип двигателя будет считаться работающим в режиме промывки.)
NEMA будет указывать тип корпуса, чтобы указать конкретный метод охлаждения, используемый в двигателе. Однако IEC будет использовать буквенный и цифровой код для обозначения того, как двигатель охлаждается. (Пример: IC40. «4» указывает на охлаждение рамы, а «0» указывает на конвекционное охлаждение без вентилятора.) Классы температурной изоляции идентичны, независимо от того, соответствует ли

NEMA или IEC. Двигатели

IEC указаны как «50 Гц», а не NEMA «60 Гц».” Двигатель IEC с частотой 50 Гц обычно удовлетворительно работает на частоте 60 Гц, если напряжение увеличивается в той же пропорции, что и частота. (Пример: от 50 Гц при 380 В до 60 Гц при 460 В) Скорость двигателя будет на 1/6 выше, чем при 50 Гц. Однако эксплуатация двигателя с частотой 50 Гц при более низком напряжении 230 В в США может неудовлетворительно работать без снижения номинальных характеристик (требуется, чтобы двигатель создавал на 15 или 20 % меньше крутящего момента, указанного на паспортной табличке, из-за нагрева двигателя).
При использовании двигателя IEC вместо двигателя NEMA всегда рекомендуется обращаться к таблице номинальных характеристик двигателя для сравнения.Рейтинги NEMA включают коэффициент перегрузки, в то время как IEC строго оценивает двигатели с минимальной или нулевой перегрузочной способностью.

Ротор с обмоткой

Характеристики скорости и крутящего момента асинхронного двигателя переменного тока в основном определяются конструкцией, количеством полюсов и используемой сетью. Напротив, версия асинхронного двигателя с фазным ротором имеет управляемые характеристики скорости и крутящего момента. В цепь ротора вводятся различные значения сопротивления для получения различных вариантов производительности.
Двигатели с фазным ротором обычно запускаются с вторичным сопротивлением, подключенным к цепи ротора. Сопротивление уменьшается, чтобы позволить двигателю увеличить скорость. Этот тип двигателя может развивать значительный крутящий момент и в то же время ограничивать ток блокировки ротора. Вторичное сопротивление может быть рассчитано на непрерывную работу на пониженных скоростях. Особое внимание необходимо уделять рассеиванию тепла на пониженных скоростях из-за меньшего охлаждающего эффекта и высоких инерционных нагрузок.На рис. 3-40 показана схема подключения двигателя с фазным ротором.

Рисунок 3-40. Схема двигателя с фазным ротором
К преимуществам данного типа двигателя можно отнести меньший пусковой ток (менее 600%) при высоком пусковом моменте. Этот тип двигателя также обеспечивает плавное ускорение и простоту управления.
Недостатком этого типа двигателя является низкий КПД. Внешнее сопротивление вызывает большое падение оборотов при небольшом изменении нагрузки. Скорость может быть снижена до 50% от номинального значения.Другим недостатком является то, что относительная стоимость этого двигателя может быть значительно выше, чем у эквивалентного трехфазного асинхронного двигателя.
Синхронные двигатели
Трехфазный синхронный двигатель переменного тока представляет собой уникальный специализированный тип двигателя. Без сложного электронного управления этот тип двигателя по своей сути является двигателем с фиксированной скоростью. Этот тип двигателя используется в приложениях, где важна постоянная скорость. Это также в тех случаях, когда желательна коррекция коэффициента мощности, поскольку она может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности.Синхронный двигатель является высокоэффективным средством преобразования электрической энергии переменного тока в механическую.
Синхронный двигатель можно рассматривать как трехфазный генератор переменного тока, работающий в обратном направлении. Постоянный ток подается непосредственно на ротор для создания вращающегося электромагнитного поля. Обмотки статора соединены по схеме «звезда» или «треугольник». На рис. 3-41 показана схема синхронного двигателя.
Следует отметить, что синхронный двигатель имеет «обмотанный» ротор, который подключен к системе щеточного узла, подключенной к сети постоянного тока.В действительности синхронные двигатели практически не имеют пускового момента. Для начального запуска двигателя необходимо использовать внешнее устройство.
Такие устройства, как вспомогательный двигатель/генератор постоянного тока или демпферные обмотки, обычно используются для начального запуска синхронного двигателя. Двигатель сконструирован таким образом, что он будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся поле статора. При синхронной скорости скорости ротора и статора равны, поэтому двигатель не имеет скольжения. При нагрузке на вал скольжение увеличивается и

Рисунок 3-41.Диаграмма синхронного двигателя переменного тока Двигатель
реагирует большим крутящим моментом, что увеличивает скорость до «синхронного».
Синхронные двигатели с дробным номиналом обычно имеют самовозбуждение с использованием демпфирующих обмоток. Синхронные двигатели большой мощности обычно возбуждаются постоянным током с помощью внешнего двигателя/генератора постоянного тока.

Многополюсные двигатели

Многополюсные двигатели можно считать многоскоростными. Как указывалось ранее, скорость является прямым результатом количества пар полюсов.При частоте 60 Гц четырехполюсный двигатель будет иметь синхронную скорость 1800 об/мин. При тех же 60 Гц двухполюсный двигатель имел бы вдвое большую синхронную скорость — 3600 об/мин. Как правило, асинхронный двигатель переменного тока имеет только один набор пар полюсов — 2, 4, 6 или 8 полюсов или более. Однако специально разработанные многоскоростные двигатели будут намотаны для двух разных соединений пар полюсов.
Большинство многополюсных двигателей имеют двухскоростную или двухскоростную конструкцию. По сути, распределительная коробка будет содержать два набора конфигураций проводки: один для низкоскоростной и один для высокоскоростной обмоток.Обмотки включаются двухпозиционным переключателем или электрическими контактами. Переключатель или контакты будут подключать либо низкоскоростную, либо высокоскоростную обмотку к трехфазному источнику питания.
Этот тип конфигурации двигателя обеспечивает определенную гибкость в производстве. Возможно, низкоскоростная намотка будет использоваться для производственного процесса, происходящего на подающем конвейере. После завершения процесса и замыкания концевого выключателя тот же самый конвейер будет перемещать продукт на высокой скорости в секцию упаковки и этикетирования.Есть много других применений в промышленности, упаковке, пищевой промышленности и ОВиК, где двухскоростные двигатели могут быть преимуществом. Возможным недостатком этого типа двигателя является дополнительная стоимость некоторого типа внешнего управления переключателем.

Специальные двигатели

Общие принципы работы — Степпер

Шаговый или шаговый двигатель — это двигатель, в котором электрические импульсы преобразуются в механические движения. Например, стандартный двигатель постоянного тока вращается непрерывно; но шаговый двигатель вращается с фиксированным шагом всякий раз, когда на него подается импульс.Стандартный двигатель постоянного тока будет считаться аналоговым устройством, а шаговый двигатель будет считаться цифровым.
Размер шага или угол шага определяется конструкцией двигателя или типом подключенного контроллера. (Примечание: угол шага определяется в долях 360°, что соответствует одному полному обороту вала.) Например, разрешение шага 90° будет составлять четыре шага на оборот (оборот). Разрешение 15° соответствует 12 шагам на оборот, а 1,8° соответствует 200 шагам на оборот.Микрошаговые двигатели способны совершать тысячи шагов за один оборот.
Из-за их точности вращения шаговые двигатели используются «без обратной связи» в системах управления, где положение имеет решающее значение. Во многих высокоточных приложениях для подтверждения фактического положения вала двигателя используется энкодер или устройство обратной связи по положению. Для шаговых двигателей
требуется комплект привода с электронным контроллером, источником питания и устройством обратной связи, если это необходимо. На рис. 3-42 показан принцип конструкции шагового двигателя.
Шаговый двигатель представляет собой двухфазный двигатель. Индексатор подает импульсы шага и направления на контроллер привода (усилитель). Величина тока для каждой фазы определяется контроллером, который затем используется в качестве выходного сигнала для шагового двигателя. Шаговый двигатель управляется импульсами, которые определяют «шаги» вала двигателя. Частота этих шагов определяет скорость двигателя.
Наиболее распространенными типами шаговых двигателей являются, вероятно, двигатели с постоянными магнитами (PM) и двигатели с переменным сопротивлением (VR).Схема на рис. 342 представляет собой один из типов шагового двигателя с постоянными магнитами. Его можно рассматривать как конструкцию, аналогичную синхронному асинхронному двигателю.
Ротор движется синхронно с обмотками статора, когда обмотки находятся под напряжением. Если обмотки постоянно питаются от двухфазного источника питания, то двигатель будет действовать как низкоскоростной синхронный двигатель. Как видно на рис. 3-42, ротор PM окружен двухфазным статором. Секции ротора смещены на 1/2 шага зубьев (180°) от

Рисунок 3-42.Схема шагового двигателя с постоянными магнитами
друг друга. Когда напряжение вращается по часовой стрелке, от фазы A к фазе B, набор магнитов ротора будет выравниваться с магнитным полем статора. Таким образом, ротор повернется на один шаг. Если по какой-то причине обе фазы находятся под напряжением одновременно, ротор установится посередине между полюсами статора. Если бы это произошло, двигатель считался бы полушаговым.
Шаговый двигатель типа VR в основном сконструирован так же, как двигатель с постоянными магнитами.Отличие заключается в том, что тип VR не имеет магнитов в роторе. Однако он будет содержать 2-, 3- или 4-фазные обмотки статора. Двигатель будет работать аналогично асинхронному двигателю, при этом ротор будет совпадать с полюсом статора, который находится под напряжением.
Шаговый двигатель по сути представляет собой бесщеточный двигатель. Он может обеспечивать высокий крутящий момент при нулевой скорости без смещения положения вала. Направление двигателя можно изменить, изменив направление импульсов от контроллера.Устройство имеет низкую инерцию, аналогичную серводвигателю, за счет обмоток в статоре и ротора с постоянными магнитами.
Существует несколько соображений по применению шаговых двигателей. Периодически, возможно, на низких скоростях, этот тип двигателя демонстрирует колебания при каждом шаге. Это вызвано тем, что полюса ротора ищут следующее доступное магнитное поле. Часто магнитные поля ротора и статора не совпадают, как правило, при включении питания. Кроме того, двигатель, контроллер и нагрузка должны быть в некоторой степени согласованы, чтобы свести к минимуму колебания.Шаговые двигатели, как правило, нагреваются сильнее, чем стандартные асинхронные двигатели. Это связано с формой импульса от контроллера, особенно на низкой скорости
, с наличием высоких уровней тока (результат реакции на высокий крутящий момент на низкой скорости).

Векторные двигатели переменного тока

Этот тип двигателя представляет собой особый тип, который применяется к векторному приводу переменного тока или векторному приводу потока. Принципы работы этого двигателя в основном идентичны стандартному асинхронному двигателю переменного тока. Поскольку этот двигатель работает от привода с вектором потока, требуются особые конструктивные характеристики.
Векторное управление в основном означает требование полного крутящего момента при нулевой скорости. В таких приложениях, как лифты, подъемники и лыжные подъемники, двигатель обычно запускается при номинальной нагрузке. Если устройство представляет собой кабину лифта, положение устройства не может измениться при запуске двигателя. Если бы использовался стандартный асинхронный двигатель, двигатель должен был бы «проскальзывать» для развития крутящего момента. В процессе развития «пробуксовки двигателя» кабина лифта может упасть на несколько футов, прежде чем двигатель сможет развить достаточный крутящий момент, чтобы поднять ее вверх.Векторный двигатель специально разработан для работы с чрезвычайно малым скольжением и способен справляться с выделяемым теплом, обеспечивая полный крутящий момент при нулевой скорости.
Общий принцип работы заключается в анализе двигателя с точки зрения векторов напряжения и потока. Ротор разделен на 360° вращения, что составляет один полный оборот. Вектор будет направлением и величиной определенной величины в цепи двигателя — в данном случае потока ротора или потока статора. Соотношение между потоками ротора и статора показано на рисунке 3-43.

Рисунок 3-43. Взаимосвязи векторного двигателя – потоки статора и ротора
Крутящий момент в асинхронном двигателе создается соотношением потоков ротора и статора. Развиваемый физический крутящий момент является побочным продуктом величины векторов потока статора и ротора. Поток статора зависит от входного напряжения двигателя. (Вектора напряжения обозначены на рисунке буквами от U1 до U6.) Мы могли бы рассматривать пунктирную кривую как набор крутящего момента
, развиваемый двигателем. Устройство, которое будет управлять величиной генерируемого потока статора и ротора, будет считаться векторным приводом переменного тока или приводом переменного тока с вектором потока.
Векторный двигатель в большинстве случаев должен иметь возможность установки устройства обратной связи на конце вала. Устройство обратной связи (энкодер или резольвер) отправляет информацию обратно в систему управления приводом, точно указывая, где находится положение ротора. Эта информация необходима системе управления приводом для расчета и генерации В/Гц. Затем двигатель использует форму волны В/Гц для генерации векторов потока, показанных на рисунке.
Векторное управление, управление приводом и устройства обратной связи будут обсуждаться в теме 4 (раздел «Приводы переменного тока») и теме 5 (раздел «Управление с обратной связью»).Этот тип технологии, безусловно, пользуется большим спросом во всей промышленности сегодня. Использование векторного управления двигателем (управление крутящим моментом) позволяет производственным системам повысить точность и производительность. Базовая конструкция асинхронного двигателя переменного тока не сильно изменилась за последние несколько десятилетий. Магнетизм есть магнетизм. Однако сейчас рейтинги более точны, чем несколько десятилетий назад. Эффективность определенно выше, чем несколько десятилетий назад. Есть производители приводов переменного тока, которым требуется комбинация привода с вектором потока и двигателя — согласованный набор.Однако направление промышленности состоит в том, чтобы иметь возможность использовать комбинацию оборудования поставщиков для достижения желаемых результатов.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую. В зависимости от источника питания двигатели подразделяются на двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В этой статье мы кратко объясним принцип работы трехфазного асинхронного двигателя.

Двигатели переменного тока больше подходят для промышленного применения.Из всех двигателей переменного тока трехфазный асинхронный двигатель является наиболее используемым двигателем среди всех двигателей. Потому что у него больше преимуществ, и он указан ниже.

  • Конструкция асинхронного двигателя очень проста и надежна.
  • Асинхронный двигатель является самозапускающимся двигателем. Поэтому для запуска не требуются дополнительные аксессуары.
  • Работа асинхронного двигателя очень проста.
  • Очень дешевый по стоимости по сравнению с другими двигателями.
  • Требуется меньше обслуживания.И он может работать в любых условиях окружающей среды.
  • Щетки не используются. Таким образом, это уменьшает потерю щеток и искрение в двигателе.
  • КПД двигателя очень хороший.
  • Требуется только источник переменного тока. Для возбуждения не требуется источник постоянного тока, такой как двигатель постоянного тока и синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель состоит из двух частей;

Статор — это статическая часть двигателя. Он состоит из нескольких слотов. Обмотка статора размещена внутри пазов статора.Обмотки статора одинаково смещены друг относительно друга на 120˚.

Асинхронный двигатель с одинарным возбуждением. Следовательно, ему нужен только один источник питания, а питание трехфазного переменного тока подается на обмотку статора.

Когда обмотка статора запитана от трехфазной сети, вращающееся магнитное поле индуцируется внутри проводников статора.

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

  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • Асинхронный двигатель с контактными кольцами (асинхронный двигатель с фазным ротором)

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Двигатель работает по закону электромагнитной индукции Фарадея.Согласно этому закону ЭДС индуцируется в проводнике из-за скорости изменения потокосцепления через проводник.

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

Согласно закону Фарадея в обмотке ротора наводится ЭДС. Ротор представляет собой замкнутую цепь. Следовательно, за счет этой ЭДС по цепи ротора будет протекать ток.Этот ток известен как ток ротора.

Когда ток течет по проводнику ротора, на нем индуцируется поток. Направление потока ротора совпадает с направлением тока ротора.

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

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

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

Ротору никогда не удается поймать поток статора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *