Что называют асинхронным двигателем - Авто журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что называют асинхронным двигателем

Асинхронные двигатели

Машину, преобразующую электрическую энергию в механическую, называют электрическим двигателем.

Электрические двигатели, в зависимости от того, какой ток они потребляют, могут быть постоянного и переменного тока. Двигатели переменного тока разделяются на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Наибольшее применение находят асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора 1 и ротора 2. Статор 1 представляет собой неподвижную часть машины, изготовленную из чугунного литья. Внутри статора помещен сердечник из стальных пластин, которые изолированы друг от друга лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. В продольных пазах сердечника статора расположена трехфазная обмотка 3. К статору прикреплены боковые крышки, в которых находятся подшипники вала ротора. На статоре установлен щиток, имеющий шесть зажимов, к которым присоединены начала и концы обмоток каждой фазы. Обмотки статора могут быть подключены к трехфазной сети звездой или треугольником.

Ротор — это подвижная часть машины, изготовленная из стального вала, на который напрессован сердечник из стальных пластин. В пазах сердечника уложены медные прутья 4, приваренные по бокам к медным кольцам. Вид такого ротора напоминает беличье колесо. Асинхронные двигатели, имеющие ротор в виде беличьего колеса, называют двигателями с короткозамкнутым ротором. Обмотку короткозамкнутого ротора часто выполняют из алюминия, который заливают в горячем состоянии в пазы ротора под давлением.

Работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором основана на принципе использования вращающегося магнитного поля, которое образуется в результате действия трехфазного тока, поступающего в обмотку статора. При пересечении обмотки короткозамкнутого ротора магнитными силовыми линиями в ней индуктируются электродвижущая сила и ток. Ток ротора образует собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора, в результате чего создается вращающий момент и ротор начинает вращаться по направлению магнитного поля. Ротор вращается с меньшим числом оборотов в минуту, чем магнитное поле статора. Следовательно, число оборотов вращающегося магнитного поля ротора не совпадает с полем статора. Поэтому такой двигатель называют асинхронным (несовпадающим). Отставание ротора от вращающегося магнитного поля называют скольжением.

Двигатель работает от сети с напряжением 220 и 127 в или 380 и 220 в. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко применяют на многих машиностроительных заводах.

Пуск двигателя и реверсирование. Самый простой способ пуска двигателя — это прямое включение. При таком способе в обмотки статора подается полное напряжение, под действием которого двигатель начинает вращаться. При выключении двигателя обмотка статора отключается от сети. Направление вращения ротора асинхронного двигателя зависит от направления вращения магнитного поля статора. Реверсирование производится переключением двух линейных проводов на статоре двигателя магнитным пускателем. При этом магнитное поле будет вращаться в обратную сторону, увлекая за собой ротор.

Понятие об электрическом приводе. Электрический двигатель с аппаратурой управления, используемый для приведения в движение рабочей машины, называют электрическим приводом. По роду тока электрические приводы могут быть постоянного и переменного тока. Электрические приводы бывают трех типов: групповые, одиночные и многодвигательные.

В групповом электроприводе от одного электродвигателя движение передается группе механизмов или машин через одну или несколько трансмиссий. Групповой электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место одиночному и многодвигательному электроприводу.

Для одиночного электропривода характерно то, что каждая рабочая машина имеет электродвигатель.

В многодвигательном электроприводе отдельные рабочие органы механизма для приведения их в действие снабжены электродвигателями. Многодвигательный электропривод применяется в сложных металлообрабатывающих станках, металлургических прокатных станах и т. п.

Современный электропривод широко автоматизируется. Для управления электроприводом создано огромное количество различных видов полуавтоматической и автоматической аппаратуры (контакторы, реле, путевые выключатели и т. п.), различных типов регуляторов и т. д.

Асинхронные двигатели. Конструкция, принцип действия

Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором , и вращающуюся часть, называемую ротором . В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле.
Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.
Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.
Принцип действия асинхронного двигателя рассмотрим на модели, представленной на рисунке 4.

Пользуясь правилом левой руки, найдем направление электромагнитных сил, действующих на ротор и заставляющих его вращаться. Ротор двигателя будет вращаться с частотой вращения n2 в направлении вращения поля статора.

Читать еще:  Двигатель cax технические характеристики

Рис. 4
Вращающееся магнитное поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося с синхронной частотой вращения n1.
В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке.
Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки.
Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 4.

Ротор вращается асинхронно т.е частота вращения его n2 меньше частоты вращения поля статора n1.
Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением.

. (2)

Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.
Вращающий электромагнитный момент уравновешивается противодействующим тормозным моментом Мэм = М2.
С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого, возрастают индуктированные в роторной обмотке ЭДС и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.
Скольжение двигателя с отановленным ротором равно единице. Говорят, что двигатель работает в режиме короткого замыкания .
Частота вращения ненагруженного асинхронного двигателя n2 приблизительно равна синхронной частоте n1. Скольжение ненагруженного двигателя S

0. Говорят, что двигатель работает в режиме холостого хода.
Скольжение асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, изменяется от нуля до единицы.
Асинхронная машина может работать в режиме генератора. Для этого ее ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1. Скольжение асинхронного генератора .
Асинхронная машина может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо ее ротор вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора.
В этом режиме S > 1. Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя. Частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f1 и числом пар полюсов статора. При частоте f1 = 50 Гц существует следующий ряд частот вращения.

P1234
n1, об/мин3 00015001000750

Из формулы (1) получим

(3)

Скорость поля статора относительно ротора называется скоростью скольжения.

.

Частота тока и ЭДС в роторной обмотке

,

. (4)

Асинхронная машина с заторможенным ротором работает как трансформатор. Основной магнитный поток индуктирует в статорной и в неподвижной роторной обмотках ЭДС Е1 и Е.

; ,

где Фm — максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со
статорной и роторной обмотками;
W1 и W2 — числа витков статорной и роторной обмоток;
f1 — частота напряжения в сети;
K01 и K02 — обмоточные коэффициенты статорной и роторной обмоток.

Чтобы получить более благоприятное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки. Этот факт учитывается введением в формулы, определяющие величины электродвижущих сил обмоток, обмоточных коэффициентов. Величины обмоточных коэффициентов несколько меньше единицы.
ЭДС в обмотке вращающегося ротора

(5)

Ток ротора работающей машины

где R2 — активное сопротивление роторной обмотки;
х2 — индуктивное сопротивление роторной обмотки.

где х— индуктивное сопротивление заторможенного ротора.

конструктив асинхронного двигателя вентилятора

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели имеют относительно высокий КПД: при мощностях более 1кВт кпд=0,7:0,95 и только в микродвигателях он снижается до 0,2-0,65.

Наряду с большими достоинствами асинхронные двигатели имеют и некоторые недостатки: потребление из сети реактивного тока, необходимого для создания магнитного потока, в результате чего асинхронные двигатели работают с соs =1. Кроме того, по возможностям регулировать частоту вращения они уступают двигателям постоянного тока.

Асинхронные двигатели бывают трехфазными и однофазными. Появление трехфазных асинхронных двигателей связано с именем М.О.Доливо-Добровольского. Эти двигатели были изобретены им в 1889 г.

Асинхронный электродвигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — ротора и статора.

Статором называется неподвижная часть машины, ротором – ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте, то есть при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля.

Читать еще:  Что значит расточенный двигатель

Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и не может быть выбрана произвольно. При стандартной частоте промышленного тока f1=50Гц возможные синхронные частоты вращения (частоты вращения магнитного поля) n1=60f1/p=3000/p.

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза. Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постоянного двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля.

Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникает режим электромагнитного тормоза.

Асинхронные электродвигатели состоят из двух частей : неподвижной – статора и вращающейся – ротора.

Сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, набирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5-0,35мм. Для сердечников асинхронных двигателей применяются холоднокатаные изотронные электротехнические стали марок 2013,02312,02411 и другие.

Листы или пластины штампуют с впадинами (пазами), изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые потоки, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундамент.

В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соединяют между собой так, что образуется трех фазная система. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя разными линейными напряжениями.

Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220 и 127в. На щитах машины указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, то есть 220/127в или 380/220в. Для более низких напряжений, указанных на щитке, обмотка статора соединяется треугольником, для более высоких – звездой.

Роторы асинхронных электродвигателей выполняют двух видов: с короткозамкнутой и фазной обмотками. Первый вид двигателей называют асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а второй – асинхронными двигателями с фазным ротором или асинхронными двигателями с контактными кольцами.

Наибольшее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5мм, изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуются цилиндры с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором.

Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса. В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцевых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивления в нее не возможно. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, то есть проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трехфазную систему.

Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях используют фазную обмотку ротора. Асинхронные двигатели производят мощностью от нескольких десятков ватт до 15000кВт при напряжениях обмотки статора до 6кВ.

В ЦНИИ СЭТ в лаборатории вентильных машин были созданы экспериментальные образцы асинхронизированных вентильных двигателей мощностью 10 и 132 кВт. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что данные вентильные двигатели могут являться аналогами коллекторных двигателей постоянного тока, но не имеют ограничений в режиме упора, обеспечивают ускоренный реверс и электрическое рекуперативное торможение до полной остановки электропривода, а при ортогональном управлении развивают максимальную перегрузочную способность и энергетику.

В итоге проведенных исследований получены следующие варианта асинхронизированных вентильных машин: контактные и бесконтактные вентильные двигатели постоянного тока; контактный и бесконтактный асинхронизированные синхронные двигатели; контактный и бесконтактный асинхронизированные вентильный двигатели с поддержанием неизменного результирующего магнитного потока; частотно — регулируемый асинхронный двигатель двойного питания; контактный и бесконтактный асинхронизированные вентильные двигатели с ортогональным управлением.

Наиболее перспективным вариантом асинхронизированного вентильного двигателя является последний вариант, требующий сложной технической реализации. В связи с отсутствием финансирования экспериментальные исследования практически затруднены

Асинхронные двигатели

Асинхронными называются двигатели, у которых число оборотов ротора отстает от скорости вращения магнитного поля статора при прохождении в его обмотках трехфазного тока. При прохождении в обмотках статора трехфазной машины трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле, под действием которого в роторе индуктируется электрический ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора стоками, индуктируемыми в проводниках ротора, возникает механическое усилие, действующее на проводник с током, которое и создает вращающий момент, приводящий в движение ротор. При этом число оборотов ротора у асинхронного двигателя всегда меньше числа оборотов вращающегося магнитного поля статора за счет скольжения ротора, которое у современных двигателей составляет примерно 2—5%.

Читать еще:  Гуляют обороты двигателя карбюратор

Таким образом, асинхронный двигатель получает энергию, подводимую к ротору вращающимся магнитным потоком (индуктивно) в отличие от двигателей постоянного тока, у которых энергия подводится по проводам.

Асинхронные двигатели в отличие от синхронных возбуждаются переменным током.

Асинхронный двигатель, так же как и синхронный, состоит из двух основных частей: статора с фазными обмотками, по которым проходит трехфазный переменный ток, и ротора, ось которого уложена в подшипниках. Ротор может быть коротко-замкнутым и фазным (рис. 175).

Короткозамкнутый ротор (рис. 175, в) представляет из себя цилиндр, по окружности которого параллельно его оси расположены проводники, замкнутые между собой с обеих сторон ротора кольцами (в виде беличьего колеса).

Асинхронный двигатель с таким ротором называется короткозамкнутым. К недостаткам их относятся малый пусковой момент и большой ток в обмотках статора при пуске. Если хотят увеличить пусковой момент или уменьшить пусковой ток, применяют асинхронные двигатели с фазным ротором (рис. 175,г).

У этих двигателей на роторе размещают такую же обмотку, как и на статоре. При этом концы обмоток соединяют с контактными кольцами (рис. 175, д), расположенными на валу двигателя. Контактные кольца при помощи щеток соединяются с пусковым реостатом. Для пуска двигателя в питающую сеть включают статор, после чего постепенно выводят из цепи ротора сопротивление пускового реостата. Когда двигатель пущен в ход, контактные кольца при помощи особых приспособлений замыкаются накоротко, а щетки поднимаются над кольцами. Остановка электродвигателя производится простым выключением рубильника. После остановки двигателя необходимо опустить щетки и разомкнуть контактные кольца. На рис. 176 показан продольный разрез асинхронного двигателя с фазным ротором. На валу 1 двигателя имеется механизм для замыкания контактных колец 8 и подъема щеток ручкой 7. В корпусе 6 статора помещена обмотка 5, уложенная в пазы 4 стали статора. В пазах 2 стали ротора лежит обмотка 3 ротора.

Пуск в ход электродвигателя с короткозамкнутым ротором может быть осуществлен непосредственным включением рубильника на полное рабочее напряжение сети (способ прямого пуска.) Однако вследствие резкого возрастания индуктируемой э. д. с. и величины пускового тока напряжение в сети в пусковой момент снижается, что отрицательно сказывается на работе приводного двигателя и других потребителей, питающихся от этой сети. В случае большой величины пускового тока, для его уменьшения асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно пускают двумя способами: переключением обмоток статора в момент пуска со звезды на треугольник, если обмотки статора при нормальной работе электродвигателя соединены треугольником или включением электродвигателя через пусковое сопротивление (или автотрансформатор) в цепи статора.

Остановка электродвигателя производится выключением рубильника. После остановки электродвигателя пусковой реостат или автотрансформатор полностью вводится. Скорость вращения асинхронных двигателей регулируют, изменяя сопротивление реостата, включенного в цепь ротора (у электродвигателей с фазным ротором) и переключением статорных обмоток для изменения числа пар полюсов (у электродвигателей с коротко-замкнутым ротором).

Изменение направления вращения асинхронных электродвигателей достигается изменением направления вращающегося магнитного поля статора путем переключения любых двух из трех фаз обмотки статора (с помощью проводов, соединяющих зажимы статорной обмотки с сетью) при помощи обычного двухполюсного переключателя.

  • просты по конструкции
  • обладают по сравнению с двигателями постоянного тока меньшими габаритами и весом, вследствие чего он значительно дешевле
  • более надежны в эксплуатации
  • требуют меньшего внимания при обслуживании из-за отсутствия у них вращающегося коллектора и щеточного аппарата
  • обладают более высоким к. п. д.
  • аппаратура управления ими значительно проще и дешевле, чем у двигателей постоянного тока
  • Асинхронные двигатели работают без искрообразования, которое возможно в машинах постоянного тока с нарушенной коммутацией, поэтому они более безопасны в пожарном отношении.

Перечисленными основными преимуществами асинхронных двигателей объясняется современная тенденция повсеместного внедрения переменного тока на морских судах. Следует отметить, что в промышленности асинхронные двигатели давно завоевали господствующее положение по сравнению с другими типами электродвигателей. Асинхронные двигатели строятся мощностью от долей киловатта до многих тысяч киловатт. На судах морского флота в основном применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые выпускаются в водозащищенном и брызгозащищенном исполнении и рассчитаны на напряжение 380/220 в.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector