0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырехфазный двигатель принцип работы

Трёхфазный двигатель

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его (Асинхронный двигатель).

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

Принцип работы двух и многофазных двигателей был разработан Николой Теслой и запатентован. Доливо-Добровольский усовершенствовал конструкцию электродвигателя и предложил использовать три фазы вместо двух, используемых Н. Теслой. Усовершенствование основано на том, что сумма двух синусоид равной частоты различающихся по фазе дают в сумме синусоиду, это дает возможность использовать три провода (в четвертом «нулевом» проводе ток близок к нулю) при трех фазной системе против четырех необходимых проводов при двухфазной системе токов. Некоторое время усовершенствование Доливо-Добровольского было ограниченно патентом Н.Теслы, который к тому времени успел его продать Д. Вестингаузу.

Содержание

Режимы работы

Асинхронный двигатель, согласно принципу обратимости электрических машин, может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Для работы асинхронного двигателя в любом режиме требуется источник реактивной мощности.

В двигательном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости (она же и будет номинальной с учетом момента нагрузки на валу двигателя).

В генераторном режиме при наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, асинхронная машина способна генерировать активную мощность.

Режимы работы (подробно)

Пуск — вектор результирующего магнитное поля статора равномерно вращается с частотой питающей сети, делённой на количество отдельных обмоток каждой фазы (в простейшем случае — по одной). Таким образом, через любое сечение ротора проходит магнитный поток, изменяющийся во времени по синусу. Изменение магнитного потока в роторе порождает в его обмотках ЭДС. Так как обмотки замкнуты накоротко и сделаны из проводника большого сечения («беличье колесо»), ток в обмотках ротора достигает значительных величин и, в свою очередь, создаёт магнитное поле. Так как ЭДС в обмотках пропорциональна скорости изменения магнитного потока (то есть — производной по времени от синусной зависимости — косинусу), наведённая ЭДС беличьего колеса и соответственно результирующее магнитное поле (вектор) ротора на 90 градусов «опережает» вектора статора (если смотреть на направления векторов и направление их вращения). Взаимодействие магнитных полей создаёт вращающий момент ротора.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме пуска и полного торможения, тратится на перемагничивание ротора и статора, а также на активное сопротивление току в обмотке ротора. (Эквивалентно работе понижающего трансформатора с коротким замыканием вторичной обмотки).

Холостой ход — после начала движения, с увеличением оборотов ротора, его скорость относительно вектора магнитного поля статора будет уменьшаться. Соответственно будет уменьшаться и скорость изменения магнитного потока через (любое) сечение ротора, соответственно уменьшится наведённая ЭДС и результирующий магнитный момент ротора. В отсутствие сил сопротивления (идеальный холостой ход) угловая скорость ротора будет равна угловой скорости магнитного поля статора, соответственно разница скоростей, наведённая ЭДС и результирующее магнитное поле ротора будут равны нулю.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме холостого хода, не потребляется (индуктивная нагрузка). Эквивалентно работе понижающего трансформатора на холостом ходу (или короткозамкнутыми вторичными обмотками, расположенными вдоль сердечника)

Двигательный режим — среднее между полным торможением и холостым ходом. Полезная нагрузка и механические потери не позволяют ротору достичь скорости магнитного поля статора, возникающее их относительное скольжение наводит некоторую ЭДС и соответствующее магнитное поле ротора, которое своим взаимодействием с полем статора компенсирует тормозной момент на валу.

Механическая характеристика асинхронного двигателя является «жёсткой», то есть при незначительном уменьшении оборотов крутящий момент двигателя возрастает очень сильно — «стремится поддерживать номинальные обороты». Это хорошее свойство для приводов, требующих поддержания заданной скорости независимо от нагрузки (транспортёры, погрузчики, подъёмники, вентиляторы).

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в двигательном режиме, потребляется (частью, обозначаемой «косинус фи») на совершение полезной работы и нагрев двигателя, остальная часть возвращается в сеть как индуктивная нагрузка. «Косинус фи» зависит от нагрузки на двигатель, на холостом ходу он близок к нулю. В характеристике двигателя указывается «косинус фи» для номинальной нагрузки.

Генераторный режим возникает при принудительном увеличении оборотов выше «идеального холостого хода». При наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, магнитное поле ротора наводит ЭДС в обмотках статора и двигатель превращается в источник активной мощности (электрической).

Способы соединения обмоток

  • Звезда — начала всех обмоток соединяются вместе и соединяются с «нулем» подводимого напряжения. Концы обмоток подключаются к «фазам» трёхфазной сети. На схеме изображения обмоток напоминают звезду (катушки по радиусу направлены из центра).
  • Треугольник — начало одной обмотки соединяется с концом следующей — по кругу. Места соединения обмоток подключаются к «фазам» трёхфазного напряжения. «Нулевого» выхода такая схема не имеет. На схеме обмотки соединены в треугольник.
Читать еще:  Что такое двигатель плита bmw

Схемы не имеют особых преимуществ друг перед другом, однако «звезда» требует большего линейного напряжения, чем «треугольник» (для работы в номинальном режиме). Поэтому в характеристике трёхфазного двигателя указывают два номинальных напряжения через дробь (как правило, это 220/380 или 127/220 вольт).

Работающие по схеме «треугольник» двигатели можно соединять по схеме «звезда» на время пуска (для снижения пускового тока) посредством специальных пусковых реле.

Начала и концы обмоток выведены на колодку «два на три» вывода так, что:

  • для соединения в «звезду» требуется соединить весь один ряд из трёх выводов — это будет центр («ноль»), остальные выводы подключаются к фазам.
  • для соединения в «треугольник» требуется соединить попарно все три ряда по два провода и подключить их к фазам.

Для смены направления вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две фазы из трех в месте подключения питания к двигателю.

Работа в однофазной сети

Может работать в однофазной сети с потерей мощности (не нагруженный на номинальную мощность). При этом для запуска необходим механический сдвиг ротора, либо фазосдвигающая цепь, которая обычно строится или из ёмкости или из индуктивности или из трансформатора.

При однофазном запуске на одну из обмоток подаётся напряжение (ток) через ёмкость или индуктивность, которая сдвигает фазу тока:

  • вперёд на 90° — при включении в цепь емкости,
  • назад на 90° — и включении в цепь индуктивности,

(без учёта потерь). После запуска напряжение с фазосдвигающей обмотки снимать нельзя. Снятие с фазосдвигающей обмотки напряжения эквивалентно работе трёхфазного двигателя с обрывом одной из фаз, так же при возрастании, даже не очень значительном, тормозного момента на валу двигатель остановится и сгорит.

В некоторых случаях, при питании от однофазной сети, запуск осуществляется вручную проворотом ротора. После проворота ротора двигатель работает самостоятельно.

Трёхфазный двигатель приспособлен к трёхфазной сети, а к однофазной сети лучше подходит двухфазный двигатель со сдвигом фазы во второй обмотке либо через конденсатор (конденсаторные двигатели), либо через индуктивность.

Работа в случае пропадания одной фазы

Запуск возможен только в случае соединения обмоток «звездой» с подключением нулевого провода (что не является обязательным для работы). Если нагрузка не позволит двигателю запуститься и развить номинальные обороты, то из-за увеличения тока в обмотках и уменьшения охлаждения он выйдет из строя через несколько минут (перегрев, пробой изоляции и короткое замыкание).

Продолжение работы будет при любом типе соединения обмоток, но так как при этом перестаёт поступать примерно половина энергии, то продолжительная работа возможна только при загрузке двигателя значительно менее чем на 50 %. При большей (номинальной) нагрузке увеличение тока в работающих фазах неминуемо вызовет перегрев обмоток с дальнейшим пробоем изоляции и коротким замыканием. Это одна из частых причин преждевременного выхода из строя асинхронных двигателей.

Электрозащита

Для защиты двигателей от пропадания и перекоса (разницы напряжений) фаз питающего напряжения применяют реле контроля фаз, которые в этих случаях полностью отключают питание (с автоматическим или ручным дальнейшим включением). Возможна установка одного реле на группу двигателей.

Более грубой и универсальной защитой, обязательной по правилам эксплуатации и обычно достаточной при правильно подобранных параметрах, является установка трёхфазных автоматических выключателей (по одному на двигатель), которые отключают питание в случае длительного (до нескольких минут) превышения номинального тока по любой из фаз, что является следствием перегрузки двигателя, перекоса или обрыва фаз.

Асинхронный трёхфазный двигатель

1. Применение трёхфазных двигателей в стиральных машинах

Асинхронный трёхфазный электродвигатель был изобретён в 1889 году русским электротехником Доливо-Добровольским. Трёхфазные двигатели получили широкое применение в различной промышленной технике, в том числе и в промышленных стиральных машинах. С развитием современных технологий и электронных систем управления, подобные двигатели стали распространены и в бытовой технике. В бытовых стиральных машинах трёхфазные двигатели стали применяться примерно с 2005 года. Сегодня можно встретить такие двигатели только в некоторых моделях стиральных машин торговых марок: AEG, Electrolux, Ariston, Indesit, Whirpoll, Candy, Bosch, Siemens, Miele, Haier. Трёхфазные двигатели из-за низкого уровня шума, очень часто применяются в так называемых бесшумных стиральных машинах.

2. Общие сведения о трёхфазном токе и трёхфазном двигателе

Если не вдаваться в подробности основ теории электротехники, отметим главное — электродвигатели с обмотками, соединёнными звездой работают намного мягче, чем электродвигатели с соединением обмоток в треугольник, но нельзя не отметить, что при соединении обмоток звездой двигатель не способен выдать максимальную мощность. Если соединить обмотки треугольником, двигатель выдаст полную паспортную мощность (приблизительно в 1,5 раза выше, чем при соединении звездой), но значения пусковых токов будут высокими.

3. Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)

Выше, мы провели очень краткий обобщающий обзор по трёхфазному току и трёхфазному асинхронному двигателю. На самом деле, в электротехнике этот материал занимает очень большой раздел, с описанием всех физических процессов трёхфазной системы.

Как же работает асинхронный трёхфазный двигатель в бытовой стиральной машине, которая подключена к однофазной сети с переменным напряжением 220 вольт?

Для того, чтобы трёхфазный двигатель максимально эффективно работал в однофазной сети, применяют относительно сложный электронный преобразователь, который называют — инвертор. Структурная схема инвертора представлена ниже на (Рис.4).

Читать еще:  Характеристики плавный пуск двигатель

Данный преобразователь имеет ярко выраженное звено постоянного тока. Переменное напряжение сети преобразуется при помощи диодного моста в постоянное, сглаживается индуктивностью (L) и ёмкостью (C), термистор (NTC) служит для защиты схемы от токовых перегрузок. Индуктивность и ёмкость в выпрямителе служат также фильтром, который защищает сеть от пульсаций при коммутации двигателя.

От переменной сети так же работает импульсный блок питания, который формирует пониженное постоянное напряжение различных значений для питания системы управления. С выхода выпрямителя постоянное напряжение поступает на силовую часть инвертора построенную на IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором ). На структурной схеме IGBT позиционированы как Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. В корпус данных транзисторов интегрирован диод включённый между цепью эмиттера и коллектора, который защищает транзистор от излишних токовых перегрузок возникающих при коммутации обмоток электродвигателя.

В инверторе осуществляется преобрaзовaние постоянного нaпряжения в трехфaзное (или однофaзное) импульсное нaпряжение изменяемой aмплитуды и чaстоты. По сигнaлaм системы упрaвления, кaждaя обмоткa электрического двигaтеля подсоединяется через соответствующие силовые трaнзисторы инверторa к положительному и отрицaтельному полюсaм звенa постоянного токa. Сигналы управления поступают на затворы транзисторов с драйверов (микросхем управления) IR1, IR2, IR3.

Сигнал на драйверы приходит с цифрового сигнального процессора ( DSP-Digital signal processor ) системы управления. Такие процессоры специально разработаны для управления двигателями. Длительность подключения кaждой обмотки в пределaх периодa следовaния импульсов модулируется по синусоидaльному зaкону. Чем выше частота преключения транзисторов, тем выше скорость вращения ротора трёхфазного двигателя, поэтому этот метод управления двигателя называют частотным.

Реверсивное вращение двигателя осуществляется за счёт изменения порядка включения транзисторов инвертора.

Алгоритм системы управления двигателем заложен в цифровом сигнальном процессоре.

Тахогенератор (Т) (Рис.4) расположенный на валу двигателя является звеном обратной связи между двигателем и блоком управления, благодаря чему, поддерживается необходимая стабильная скорость вращения двигателя на различных этапах работы стиральной машины. По сигналу с тахогенератора определятся дисбаланс барабана на стадии отжима, а в некоторых моделях стиральных машин происходит даже примерное взвешивание белья, за счёт сравнения характера сигналов тахогенератора при пустом и заполненным бельём барабане.

Подобные критерии сигналов тахогенератора, записаны в программе процессора системы управления двигателем или в микросхеме памяти блока управления.

В качестве дополнения, ко всему описанному в этом пункте, представим внешний вид и расположение некоторых компонентов инверторных блоков управления для стиральных машин.

Существует три основных вида:

1.Единый блок управления (инвертор и управление остальными элементами стиральной машины совмещены в общий модуль) (Фото 1)

2.Отдельный блок для управления 3-х фазным двигателем (Фото 2)

3.Блок управления (инвертор) расположен на самом двигателе

Фото 1. Единый блок управления стиральной машины Ariston

4.Диагностика трёхфазных асинхронных двигателей.

Большая часть неисправностей связанная с некорректной работой двигателей, заключается в неисправности самой системы управления. При неисправности системы управления, двигатель может вращаться рывками или наблюдается нестабильная частота вращения ротора, а иногда он вовсе не вращается.

На (рис.4) приведена лишь структурная схема инверторного преобразователя, на самом деле принципиальная схема инвертора намного сложнее и содержит в себе микропроцессорную систему, операционные усилители, оптические развязки и т.п.

Невозможно полноценно проверить работоспособность или напрямую включить трёхфазной двигатель стиральной машины без подключения к электронной схеме.

При помощи мультиметра представляется возможным проверить лишь целостность цепи обмоток статора двигателя, пробой обмоток на корпус, электрическое сопротивление катушки тахогенератора и тепловое защитное устройство.

5. Преимущество и недостатки трёхфазных двигателей в стиральных машинах

К преимуществу трёхфазных двигателей перед коллекторными и однофазными асинхронными двигателями можно отнести низкий уровень шума и высокий КПД двигателя, а также простоту конструкции и большой эксплуатационный ресурс. Благодаря импульсно-частотной электронной схеме управления достигается широкий диапазон и точность регулирования частоты вращения ротора двигателя. При сравнительно небольших габаритах обладает большой мощностью.

К недостаткам стоит отнести лишь сложную электронную систему управления двигателем.

Электродвигатель — описание, классификация, принцип работы

  • Электродвигатель
  • Шефмонтаж оборудования
  • Техническое обслуживание
  • Пусконаладочные работы
  • Модернизация оборудования
  • Гидравлические прессы

Описание

Электродвигатель — главный элемент электропривода.
Он необходим для работы многих механизмов. С помощью чего это происходит: двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Первым эту теорию выдвинул британский физик Майкл Фарадей в своем трактате «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма».
Несмотря на то, что все эл. двигатели выполняют одну задачу, у них разные источники питания, следовательно, для каждой области применения нужна определенная модель.

Конструкция

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: 1 – корпус; 2 – сердечник статора; 3 – сердечник ротора; 4 – обмотка ротора «беличья клетка»; 5 – обмотка статора; 6 – вентиляционные лопатки ротора, 7 – подшипниковый щит; 8 – кожух вентилятора; 9 – вентилятор.

Преимущества электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Во-первых, у них нет коллектора, что упрощает процесс обслуживания, и требоваться оно будет не так часто.
Во-вторых, подключение сети может идти на прямую. Если дополнительная регулировка оборотов не нужна, то подключение возможно без дополнительных преобразователей. Если трехфазный двигатель требуется подключить в однофазную сеть, то придется подключить фазосдвигающий конденсатор.
В-третьих, цена доступна из-за простой конструкции.

Область применения

Электродвигатели используются почти во всех промышленных сферах.
1. В системах отопления, водоснабжения, кондиционирования воздуха, полива, канализации.

Читать еще:  Двигатель aab плохо заводится

2. В системах вентиляции, перекачки и сжижения газа, холодильных установках.

3. Одна из основных сфер — промышленное оборудование. Здесь двигатели применяются в металло-, дерево-, камнеобрабатывающих станках, прокатных станах, в прессах, гильотинах, мельницах, дробилках, текстильном, пищевом и полимерном оборудовании.

4. Еще одна обширная область применения — это специальная техника и транспорт.
Эл. двигателями оснащаются лифты, эскалаторы, конвейеры, подъемники, лебедки. А также автомобили, поезда, велосипеды, мотоциклы, трамваи, электромобили, автобусы, троллейбусы и т.д. Отдельно можно указать, что в настоящее время, идет активное развитие робототехники, где электрические машины тоже используются.

Виды электродвигателей

1. Коллекторные электродвигатели.
Минимум одна из обмоток должна быть соединена с коллектором.
а) Универсальный эл.
Работает на постоянном и переменном токе. Используется чаще всего в бытовой сфере.
б) Эл. постоянного тока.
В процессе работы электрическая энергия постоянного тока переходит в механическую.
2. Бесколлекторные.
Все приходит в действие за счет электроники. Вместо щеток и коллектора — контроллер и кулер охлаждения системы.
а) Асинхронные.
Название говорит о том, что скорость вращения магнитного поля и ротора различается. Назначение двигателя заключается в превращении эл. энергии переменного тока в механическую.
б) Синхронный двигатель переменного тока.
Частота вращения переменного тока совпадает с частотой вращения ротора.

Виды двигателей по назначению

Серии: АИР, А, 4А, АМ, 4АМ, 4AMУ, 5А, 5АМ , 5АИ, АД, АДМ.

Серии: MTF, МТН, DMTF(H), DMTKF (H), 4MTKM, 4MTH, 4МТМ, MTKF(H).

Электродвигатели со встроенным электромагнитным тормозом

Серии: АИР, 5АИ ЕТ, ЕТ1, ЕD1, ED2.

Серии: АИМ, АИМЛ, АИМУ, АИМР, ВА, ВАО, 2В, АВ, АВР, 4ВР.

С повышенным скольжением

Серии: АИРС, АС , 5АС , АДМС , 4АС , 4АМС , 5АМС.

Серии: АИC, AIS , IMM , RA , 6A, W22, W20 , MA, MS.

АВВ, WEG, SIEMENS, ABLE, LENZE, BONFIGLIOLI, и др.

Асинхронные трехфазные электродвигатели общепромышленного назначения

Электродвигатели SITI

Электродвигатели MOTIVE

Электродвигатели Vemat

Электродвигатели COEL (со встроенным электромагнитным тормозом 380AC/220DC)

Взрывозащищенный тормоз COEL

Электродвигатели MGM (со встроенным электромагнитным тормозом 380AC/220DC)

Электродвигатели MOTIVE

Электродвигатели MS

Вес электродвигателей

Асинхронные трехфазные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели сегодня являются настоящими лидерами продаж и используются в самых разных сферах промышленной деятельности и в быту. Такие электродвигатели могут применяться в:

  • химической промышленности
  • тяжелой промышленности
  • горнодобывающей промышленности
  • в машиностроении
  • метало- и деревообрабатывающей отраслях.

Асинхронный электродвигатель является основным элементом любого общепромышленного механизма, например, насоса, конвейерной установки, подъемного механизма или вентилятора, а также прибора бытовой техники (стиральная, посудомоечная машина, кондиционер, электро сушильная машина). Помимо этого, асинхронные электродвигатели являются основным элементом многих электроинструментов и строительных приспособлений.

Внимательно рассмотрев характеристики, которыми обладает трехфазный асинхронный электродвигатель, можно выделить следующие его преимущества:

  • простота и надежность конструкции позволяют активно эксплуатировать электродвигатель, сведя к минимуму затраты на обслуживание;
  • долгий срок эксплуатации
  • большой выбор номинальных мощностей.

Асинхронные электродвигатели используются при любой температуре и влажности воздуха, даже в тропиках и районах крайнего севера. Также существуют модели, со специальными характеристиками, такими как взрывозащита, а также погружные насосы, способные работать под сильным давлением воды. Двигатели различаются в зависимости от уровня защиты от воды, пыли, от случайного контакта человека с элементами, которые находятся под напряжением.

Установка электродвигателя производится на подготовленной для этого установке или при помощи посадочных элементов, которые находятся в корпусе техники.

Главной задачей при установке, является стыковка по осям вала электродвигателя и редуктора. Для этой цели используют электромагнитные и гидравлические муфты.

Следующий шаг — подключение двигателя к сети. Для этой цели используется “борно” — ящик на корпусе двигателя, к которому с помощью болтов или клеммов подключается кабель. Также с помощью “борно” можно выполнить переход на иное значение питающего напряжения.

Электродвигатель переменного тока работает в сетях с низким напряжением частотой 50 и 60 Гц. Однако существует модели, работабщие в сети с иным значением частот, к примеру, 400 гигагерц.

Конструкция двигателя предусматривает применение обмотки только с использованием статора, создающего вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора представляет собой накоротко замкнутые стержни из сплава меди, либо алюминия.

Асинхронным данный тип электродвигателей назван из-за особого принципа работы, при котором частота вращения ротора не совпадает со скорость вращения магнитного поля, которое создает статор.

Для подключения асинхронного электродвигателя, сегодня часто используется преобразователь частоты и устройство плавного пуска. Благодаря этому скорость вращения регулируется, а спуск и торможение получается плавными, благодаря чему вы избегаете “гидроударов”.

Каталог электродвигателей

Наш каталог электродвигателей включает в себя широкий выбор моделей любого предназначения. На нашем сайте вы можете найти и купить электродвигатель с редуктором, который имеет гарантию и изготовлен с соблюдением всех норм ГОСТа. Мы понимаем, насколько важно, чтобы каждая деталь электродвигателя была выполнена из качественного материала и соответствовала всем современным нормам безопасности, поэтому мы тщательно проверяем заводы, с которыми сотрудничаем. Покупая асинхронный трехфазный электродвигатель в нашем магазине, вы можете быть уверены, что он прослужит вам долго, будет прост в обслуживании или эксплуатации.

Наши консультанты будут рады ответить на все возникшие у вас вопросы и сопроводить ваш заказ от начала и до конца.

ООО «КОМПЛЕКТ КОНВЕЙЕР» — ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector