Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором рабочая характеристика

Занятие 38. Пусковые характеристики асинхронного двигателя

График зависимости М = f (s) называется пусковой характеристикой двигателя.

Изменяя значение скольжения от s = 0 до s = 1 и, находя по приведенной формуле значение момента можно пусковую характеристику.

Для устойчивой работы двигателя важно, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозящего моментов: с увеличением нагрузки на валу двигателя должен соответственно возрастать и вращающий момент.

Это уравновешивание у работающего асинхронного двигателя осуществляется следующим образом:

при увеличении нагрузки на валу тормозящий момент оказывается больше вращающего, вследствие чего скорость вращения ротора уменьшается – скольжение возрастает.

Повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента, и равновесие моментов восстанавливается при возросшем скольжении.

Однако зависимость вращающего момента от скольжения сложна. В частности, повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента только при изменении скольжения в определенных пределах. За этими пределами нарушенное равновесие моментов не восстанавливается – двигатель останавливается.

На пусковой характеристике имеются три характерных точки, определяющих условия работы двигателя. (А,Б,В)

В точке А двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие электромагнитного и противодействующего моментов М_эм = М₂;.
В точке Б работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку А.
Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть — областью неустойчивой работы.

Точка Б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.
Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение S_k. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М₂ больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным.

Рис.38.1. Пусковая характеристика асинхронного двигателя.

Для целей электропривода большое значение имеет зависимость скорости

вращения двигателя от нагрузки на валу n=F(M); эта зависимость носит назва-

ние механической характеристики(рис.38.2).

По форме своей она отличается от кривой M=F(s) только положением по отношению к координатным осям.

Рис. 38.2. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Устройство трехфазных и однофазных асинхронных двигателей

Без электрических двигателей совершенно нереально представить себе функционирование современной жизни. Наиболее популярным и востребованным является асинхронный трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором в виду его простой и надёжной конструкции, которая обеспечивает отличные механические характеристики. Главным назначением асинхронных двигателей является преобразование переменного электрического тока в механическую энергию.

Внутреннее устройство электромотора и его принцип работы вызывает резонный интерес, как в познавательном плане, так и с практической точки зрения — знание конструктивных особенностей асинхронного двигателя, влияющих на его параметры, поможет при выборе электродвигателя, его эксплуатации и обслуживании. Подробнее о теории работы асинхронного двигателя я объясняю и описываю в статье Принцип работы асинхронного электрического двигателя

Назначение основных частей трехфазных асиннхронных двигателей

В любом двигателе есть две основные составляющие – неподвижный статор, закрепляемый на станине, и вращающийся ротор, через вал которого осуществляется передача механической энергии.

В отношении электродвигателей и трансформаторов катушки с проводом принято называть обмотками из-за технологических процессов при их создании. Магнитопровод статора (сердечника), в котором укладываются обмотки, помещается в защитный металлический кожух, служащий также теплоотводом с ребристой поверхностью.

Ротор нигде не соприкасается со статором и вращается на подшипниках, закрепляемых на торцевых крышках, или отдельно на станине. Торцевые крышки крепятся к кожуху при помощи болтов. Механическая энергия снимается с вала в передней части двигателя при помощи шкива, шестерни или муфты.

На вал ротора с тыльной стороны мотора крепится защищённый кожухом вентилятор для обдува ребристого корпуса, на котором находится клеммник подключения вводного кабеля, питающего электромотор.

Виды асинхронных электродвигателей

Узнав кратко, из чего состоит большинство электродвигателей, можно перейти к рассмотрению асинхронных двигателей. Описание электромагнитных взаимодействий, происходящих в асинхронном двигателе, не входит в рамки данной статьи, но коротко можно сказать, что в статоре создаётся вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с полем ротора.

Асинхронный – означает, что вал ротора не вращается синхронно с вращающимся магнитным полем статора. Широко используются две разновидности данного типа трехфазных электромоторов, которые имеют такие официальные названия:

• асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
• асинхронный двигатель с фазным ротором.

Конструкции статора данных типов электродвигателей являются идентичными, а различия заключаются в конструктивном исполнении ротора.

Устройство статора асинхронных двигателей

Для недопущения образования вихревых токов, возникающих при переменном электромагнитном поле, магнитопровод статора набирают из одинаковых колец специальной электротехнической стали методом шихтовки (от немецкого Schicht — набор). В кольцах с внутренней стороны на специальном оборудовании выбивают пазы сложной формы.

При укладке колец в пакет статора добиваются полного совпадения данных пазов, предназначенных для укладки обмоток.

Набор сложенных пластинчатых колец фиксируют при помощи специальных скоб и запрессовывают в защитный кожух двигателя, который также несёт механические нагрузки и служит для охлаждения. Обмотки статора мотают на специальном станке в виде рамок, укладываемых в определённые пазы статорного магнитопровода.

Перед укладкой обмотки паз изолируют при помощи диэлектрической прокладки.

Рабочие осторожно помещают рамки обмоток в пазы, не допуская повреждения эмалированной изоляции проводов.

В зависимости от конструктивных особенностей статора, в один паз может быть помещено несколько рамок – в этом случае их также изолируют друг от друга диэлектрическими прокладками

Уложенные обмотки в каждом пазу фиксируют при помощи специальной вставки в форме продолговатого клина из стекловолокна.

Соединения обмоток статора

Каждую уложенную в пазы обмотку проверяют на обрыв, пробой и межвитковое замыкание. После этого выводы рамок соединяют в фазные обмотки, в зависимости требуемого от количества пар полюсов.

Асинхронные электродвигатели с одной парой полюсов вращающегося магнитного поля имеют максимально возможные для частоты 50 Гц обороты идеального холостого хода – 3000 в минуту.

При помощи параллельных и последовательных подключений рамок обмоток определённым способом создают дополнительные полюсы вращающегося электромагнитного поля для уменьшения оборотов вала ротора. Все электрические соединения проводов обмоток выполняют при помощи сварки, реже – пайки.

Таким способом формируют фазные обмотки, геометрические оси которых располагаются под углом 120º. Выводы от фазных обмоток выводят в коробку подключения. По другому данный клеммник называется блоком распределения начал обмоток (БРНО). Петли обмоток, выходящие из пазов магнитопровода статора, называют лобовыми обмоточными частями.

Провода обмоток в лобовой части обматывают бандажными лентами для механической фиксации.

После выполнения всех работ, статор погружают в лак, который высыхая, придает конструкции электрическую и дополнительную механическую прочность.

Устройство короткозамкнутого ротора

Короткозамкнутый ротор также состоит их шихтованных колец, в которых по внешней окружности пробивают пазы для укладки короткозамкнутых витков, которые делают из меди (для мощных двигателей более 50 кВт) и алюминия.

С торцов ротора данные витки замыкаются накоротко при помощи колец (медных или алюминиевых).

Визуально обмотка короткозамкнутого ротора без магнитопровода похожа на беличье колесо.

В данных витках благодаря трансформации индуцируется ток, возбуждающий электромагнитное поле ротора, взаимодействующее с вращающимся полем статора. Для упрощения процесса изготовления витков сложной формы используют заливку расплавленного алюминия в пазы ротора.

От формы поперечного сечения короткозамкнутых витков ротора зависит такая механическая характеристика асинхронного двигателя как начальный вращательный момент запуска, увеличения которого добиваются путём добавления дополнительных пусковых витков.

Используя особенности распределения силовых линий электромагнитного поля, добиваются больших токов в пусковых обмотках ротора при запуске двигателя, которые уменьшаются при наборе оборотов. Вал ротора запрессовывается в магнитопровод по его оси. Замыкающие кольца часто имеют лопатки, которые выполняют функцию внутреннего вентилятора, обеспечивающего циркуляцию воздуха внутри электромотора.

Из-за того, что роторная электрическая цепь не контактирует с внешними цепями, не требуется контактных узлов, что делает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором наиболее износоустойчивым по сравнению с другими типами электродвигателей.

Устройство фазного ротора

В пазах фазного ротора укладываются фазные обмотки, соединённые звездой, и подключённые к контактным кольцам, через которые осуществляется включение в регулирующую внешнюю цепь.

Асинхронный двигатель с фазным ротором, благодаря добавлению обмоток, в зависимости от внешней регулирующей цепи может использоваться:

• Для плавного запуска электродвигателя и уменьшения пусковых токов при помощи реостатов, подключённых к контактным кольцам. По мере запуска двигателя сопротивление реостатов уменьшается одновременно для всех фаз ротора. При наборе оборотов реостаты отключаются и кольца замыкаются.
• Для поддержания постоянных оборотов двигателя при включении в цепи фазных обмоток ротора дросселей, реактивное сопротивление которых увеличивается с увеличением оборотов, что уменьшает магнитное поле ротора и вращательный момент;
• Для увеличения пускового момента на фазные обмотки подают постоянное или переменное напряжение в противофазе статору.

Характерные поломки асинхронных двигателей

От точности выполнения ротора и статора зависит воздушный магнитный зазор, увеличение которого негативно влияет на производительность и коэффициент полезного действия электродвигателя. Поэтому, стараются данный зазор максимально уменьшить.

Для предотвращения вибраций и биений ротора, его тщательно центрируют перед помещением в статор. Износ подшипников, и в частности, выход из строя сепаратора шарикоподшипников, приводит к перекосу ротора и его трению об магнитопровод статора.

Как правило, после замены подшипников данные повреждения не имеют значительного влияния на работоспособность мотора, но увеличится вибрация из-за разбалансировки ротора.

Обмотки статора наиболее часто подвержены межвитковому замыканию, которое происходит из-за повреждения эмалевой изоляции проводов из-за перегрева. Можно самостоятельно прозвонить обмотки и даже выявить место пробоя между витками, но перемотать обмотки в кустарных условиях не представляется возможным, и при такой поломке двигатель нужно отдавать на перемотку.

Однофазный асинхронный двигатель

В однофазном двигателе используется две обмотки. Одна рабочая, другая стартова. Стартовая нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротора, затем она отключается. Более подробно принцип работы такого двигателя, смотрите в видео ниже

Асинхронный двигатель: виды и детали конструкции

Главная страница » Асинхронный двигатель: виды и детали конструкции

Популярность асинхронных электродвигателей очевидна. Между тем асинхронный двигатель купить человеку, неискушённому в электрике, дело далеко не простое. Базовые знания помогут правильно выбрать и купить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором или же с фазным. Принцип работы указанных двигателей, их устройство — разные, несмотря на присутствие единого термина в названии. Рассмотрим разницу между асинхронным электродвигателем с токосъёмными кольцами и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель — общий взгляд

Статистику наиболее широко используемых электрических моторов возглавляет именно трехфазный асинхронный двигатель.

Асинхронные моторы богатым ассортиментом присутствуют на рынке. Но какая из машин выглядит лучшей в техническом плане или применительно к условиям использования?

Практически 80% механических мощностей, используемых всеми отраслями экономики, обеспечиваются трехфазными асинхронными двигателями.

Деловая ставка на этот вид электрических машин обусловлена:

• простой надёжной конструкцией,
• низкой стоимостью,
• хорошими рабочими характеристиками,
• отсутствием сложных схем коммутации,
• возможностями регулирования скорости.

Асинхронным называют двигатель по причине очевидной. Вращательный момент такой конструкции не даёт стабильной синхронности движения.

Мощность трехфазного асинхронного двигателя транспортируется от статора к ротору посредством индуктивной связи.

Конструктивный расклад: 1 — крышка корпуса передняя; 2 — стержень вала; 3 — арматура; 4 — лопасти захвата воздуха для охлаждения; 5 — сердечник; 6 — рама; 7 — клеммная коробка; 8 — крышка корпуса задняя

Электрическая машина наделена двумя основными деталями конструкции:

1. Статор.
2. Ротор.

Статор — стационарная часть конструкции с обмотками медным проводом, на которые подается трехфазный электрический ток.

Ротор — подвижная деталь конструкции (создаёт момент вращения). Передаёт механическое усилие нагрузке через стальной вал. Ротор трехфазного асинхронного двигателя классифицируется двумя видами:

1. Короткозамкнутый.
2. Фазный (фазовращающий, токосъёмный, раневой).

Соответственно, в зависимости от вида конструкции детали, трехфазный асинхронный двигатель классифицируется как:

1. Мотор короткозамкнутого действия.
2. Мотор фазного действия.

Конструкция статора для обоих видов двигателей, при этом, остаётся неизменной.

Набор основных деталей классической конструкции, которая встречается повсеместно. В зависимости от мощности могут изменяться лишь габаритные размеры компонентов

Другими частями — составляющими конструкции, являются: стальной вал, подшипники, крыльчатка охлаждения, клеммная коробка.

Особенности конструкции статора

Конструкция статора трехфазного асинхронного двигателя содержит трех базовых компонента:

1. Раму.
2. Сердечник.
3. Обмотки возбуждения.

Статор выступает частью корпуса трехфазного асинхронного двигателя. Его основная функция — крепление сердечника статора и проводную намотку.

Внешняя область статора выполняет функцию покрытия, обеспечивает защиту и механическую прочность внутренним частям асинхронного двигателя.

Рама статора изготовлена из литой или свариваемой стали. Каркас трехфазного асинхронного двигателя нуждается в прочности и жесткости. Длина воздушного зазора между рамой и ротором очень мала.

Если не обеспечить прочность и жёсткость конструкции, нарушается концентрическое положение ротора. Такое состояние приведет к разбросу баланса магнитного натяжения.

Основная функция сердечника статора — перенос переменного магнитного потока. С целью уменьшения потерь вихревых токов, сердечник статора ламинируется. Создаются наслоённые тиснения толщиной около 0,4-0,5 мм.

Статорный сердечник — по сути, набор из многочисленных металлических пластин, плотно спрессованных друг с другом. Для намотки медного провода оставлены слоты

Все тиснения спрессованы в единое целое, образуя сердечник статора, жёстко скрепленный рамой. Штамповка обычно содержит элементы кремниевой стали, что способствует уменьшению гистерезисных потерь при работе двигателя.

Виды асинхронных моторов

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором претендует на лидерство среди всех видов моторов переменного тока. Это оборудование часто используется для нужд промышленности.

Практика применения показала главные свойства этого вида электродвигателей:

• низкая рыночная стоимость,
• надежность эксплуатации,
• эффективность работы,
• низкие требования в обслуживании.

Другой вид оборудования – асинхронный двигатель с токосъёмными кольцами (с фазным якорем), отличается куда меньшей потребностью применения в промышленности.

Мотор с токосъёмником: 1 — статорный сердечник; 2 — корпус (рама); 3 — кронштейн; 4 — вал; 5 — подшипник; 6 — якорь; 7 — группа щёток; 8 — устройство коммутации

Не более 5% — 10% моторов с токосъёмными кольцами используются в индустрии.

Объясняется этот момент следующими конструктивными недостатками асинхронных моторов с фазным вращением:

• потребность частого обслуживания,
• значительный расход меди,
• сложность конструкции для ремонта.

Различия между видами асинхронных моторов

Одним из ярко выраженных различий между фазными и короткозамкнутыми двигателями видится фактор управления.

Электродвигатель, наделённый фазным токосъёмником, допускает включение в цепь внешнюю нагрузку (сопротивление) для управления скоростью двигателя.

В свою очередь схема двигателя с короткозамкнутым ротором не предполагает добавления любой внешней цепи, т.к. пазы ротора прорезаны вплоть до его торцевых граней.

Таким выглядит один из конструктивных вариантов токосъёмника на три фазы. Здесь следует отметить конструкционную особенность — несколько скошенное расположение слотов

Конструкция ротора фазовращающего типа представлена в виде ламинированного сердечника, наделённого слотами, расположенными параллельно один другому.

Каждый слот содержит по одному стержню и несёт трёхфазную изолированную обмотку. Причём число витков на стержнях равно числу витков обмоток статора.

Три концевых вывода обмотки подключаются, образуя нейтраль «звезды», а начальные выводы соединены с тремя медными кольцами, размещёнными на валу. С кольцами контактируют токосъёмные щётки.

Короткозамкнутый ротор изготовлен несколько иначе. Слоты на сердечнике не располагаются параллельно. Эти элементы ротора скошены под некоторым углом.

Элементы КЗР: 1 — алюминиевое кольцо; 2, 7 — вал стальной; 3, 6 — лопасти алюминиевые; 4 — алюминиевые стержни; 5 — ламинированный стальной сердечник

Сердечник сделан многослойным, с прорезями по всей длине окружности, замкнутыми на торцах сердечника медным или алюминиевым кольцом.

Конфигурация скошенных слотов короткозамкнутого ротора имеет свои преимущества:

• снижаются шумы электродвигателя при работе,
• обеспечивается плавный крутящий момент,
• уменьшается магнитная блокировка статора по отношению к ротору,
• увеличивается сопротивление ротора за счёт длинных проводников стержней.

Особенности для применения на практике

Изучая возможности применения тех или иных конструкций на практике, следует отметить более высокую эффективность моторов с короткозамкнутым ротором.

Относительно эффективности, что показывают асинхронные электромоторы с токосъёмными кольцами, короткозамкнутые выглядят явно лучше. Коэффициент мощности у фазных моторов также существенно ниже.

Однако преимущественной стороной фазных конструкций является возможность регулировать скорость вращения, тогда как короткозамкнутые модификации таких возможностей не дают.

Но регулировка скорости вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором возможна при помощи частотного преобразователя.

Ещё одно преимущество асинхронного электродвигателя с фазным ротором – низкий пусковой ток. Для двигателей с короткозамкнутым ротором этот параметр существенно выше.

Поэтому электродвигатели с фазным ротором, как правило, используются на агрегатном оборудовании, где важен высокий пусковой момент:

• подъёмники промышленные,
• лифты гражданские,
• краны строительные,
• лебёдки производственные и т.п.

Тогда как другой вид моторов (короткозамкнутых) применяется часто в качестве приводов сверлильных, токарных станков и другой техники, где отсутствует потребность высокого пускового момента.

Учебное видео пособие по двигателям разного вида

Асинхронный двигатель принцип работы

Среди разнообразия выпускаемых на сегодняшний день типов электрических моторов большое распространение получили асинхронные двигатели. Их мощность и эффективность обеспечивает использование в деревообрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности, в насосных агрегатах, на фабриках, в станках и ручном электрическом инструменте.

Асинхронный двигатель: что это

Асинхронный двигатель – это асинхронная электрическая машина, применяемая для преобразования электрической энергии в механическую. Асинхронный дословно означает неодновременный – здесь имеется в виду, что у асинхронного двигателя магнитное поле всегда имеет большую частоту вращения, чем ротор, который словно пытается его догнать. Работают эти машины от сетей с переменным током.

Любой асинхронный двигатель состоит из двух ключевых составляющих: ротора и статора. Эти части не контактируют между собой и отделены друг от друга воздушным зазором, в котором формируется подвижное магнитное поле.

Статор асинхронной машины состоит из следующих частей:

1. Корпус. Служит для скрепления всех деталей мотора. Для двигателей небольшого размера, как правило, используют цельные литые корпусы из чугуна, стальных и алюминиевых сплавов.
2. Сердечник или магнитопроводник. Собирается из пластин, для изготовления которых применяют специальную электрическую сталь. Запрессовывается в корпус и улучшает магнитно-индукционные качества машины. Каждая пластина сердечника покрывается особым лаком, позволяющим уменьшить потери при возникновении вихревых токов. В некоторых случаях устройство асинхронного двигателя предусматривает установку корпуса-сердечника, совмещающего в себе обе функции.
3. Обмотки. Устанавливаются в пазы сердечника. Представляет собой три катушки из меднопроволочных секций, расположенные под углом в 120˚ относительно друг друга. Называется первичной, потому что подключается к сети напрямую.

Конструкция ротора состоит из основного блока с вентиляционной крыльчаткой, опирающегося на подшипники. Связь ротора с приводимым в движение механизмом обеспечивается с помощью прямого подключения, редукторов или других способов передачи механической энергии. В асинхронных двигателях используются два вида роторов:

1. Массивный ротор – единая схема из прочного ферромагнитного соединения. Внутри неё индуцируются токи, и она же выполняет в конструкции роль магнитопровода.
2. Короткозамкнутый ротор (изобретён великим русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским, как и весь трёхфазный ток) – система соединенных с помощью колец проводников, похожая по внешнему виду на беличье колесо. Внутри него индуцируются токи, чье электромагнитное поле вступает во взаимодействие с магнитным полем статора, в результате чего ротор приводится в движение.

Рекомендуем посмотреть это видео. Оно хоть и старое, но интересное и познавательное. Позволит закрыть непонятные моменты.

Трехфазный асинхронный двигатель. Принцип работы

Принцип действия асинхронного двигателя заключается во взаимном расположении обмоток и трехфазном напряжении, что приводит к возникновению вращающегося магнитного поля, которое и выступает движущей силой.

Подробнее говоря, при подаче питания на первичную обмотку, на фазах образуются три магнитных потока, изменяющихся в зависимости от частоты входного напряжения. Они смещены между собой не только в пространстве, но и во времени, благодаря чему и появляется вращающийся магнитный поток.

Во время вращения результирующий поток создает ЭДС в роторных проводниках. По причине того, что обмотка ротора представляет собой замкнутую цепь, в ней создается ток, создающий пусковой момент в направлении вращения магнитного поля статора. Это приводит к вращению ротора после превышения пусковым моментом его тормозного момента. Наблюдаемое в этот момент явление называется скольжением — величиной, показывающей в виде процентов соотношение частоты вращения магнитного поля к частоте вращения ротора.

(n1 – частота магнитного поля статора; n2 – частота вращения ротора)

Скольжение является очень важным параметром. На старте его величина всегда равна 1 и, естественно, становится меньше по мере увеличения разности между n1 и n2, что сопровождается также уменьшением электродвижущей силы и вращающего момента. Во время работы на холостом ходу скольжение минимально и растет по мере увеличения статического момента. Достигнув критического скольжения (обозначается как sкр), может спровоцировать опрокидывание двигателя. После уравновешивания тормозного и электромагнитного момента изменения величин прекращаются.

Таким образом, принцип действия асинхронного двигателя основывается на взаимодействии магнитного поля ротора, находящегося во вращении, и токов, наведенных в роторе этим же полем. При этом обязательным условием возникновения вращающего момента является разница частот вращения полей.

Однофазный асинхронный двигатель

Фактически, любой асинхронный электродвигатель является трехфазным и предусматривает подключение к трехфазной сети с напряжением 380 В. Однофазным или двухфазным его называют при подключении к однофазной электросети с напряжением 200 В, когда питание подается лишь на две обмотки. В такой схеме на основную рабочую обмотку подается чистая фаза от сети, а на другую питание идет через фазосдвигающий элемент, как правило, конденсатор. Такая схема позволяет создать необходимую индукцию для смещения ротора и запустить асинхронный двигатель от однофазной сети. Для дальнейшей его работы даже необязательно, чтобы пусковая обмотка (которую подключают через конденсатор) оставалась под напряжением.

Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель продолжает функционировать (под малой нагрузкой) даже если во время работы от него отключить подачу энергии по одному из питающих проводов, сымитировав таким образом работу от однофазной сети. Это обусловлено тем, что результирующее магнитное поле сохраняет вращение.

Двухфазный асинхронный двигатель

Создать вращающееся магнитное поле можно и при использовании двухфазных обмоток. Для обеспечения работоспособности схемы фазы обмоток необходимо расположить с 90˚ смещением друг от друга. При их питании токами, которые смещены по фазе на 90˚, возникает вращающееся магнитное поле, как и в трехфазной машине.

Асинхронный двухфазный электродвигатель приводится в движение за счет токов, образуемых при взаимодействии результирующего поля с роторными стержнями. Он ускоряется до того момента, пока не будет достигнута предельная скорость его вращения. Для питания такого двигателя от электросети однофазного тока необходимо создать сдвиг по фазе на одной из обмоток. Для этого применяются конденсаторы необходимой ёмкости.

На сегодняшний день все большее применение находят двухфазные асинхронных двигатели с полым алюминиевым ротором. Вращение ему придают вихревые токи, образованные внутри цилиндра, при взаимодействии с вращающимся магнитным полем.

Инерционный момент ротора наделяет двигатель хорошими характеристиками для использования в некоторых специализированных отраслях, как, например, системы, регулирующие работу мостовых и компенсационных схем. Одна из обмоток в них подключается к питающей сети через конденсатор, а через вторую проходит управляющее напряжение.

Схемы подключения

Для того чтобы подключить трехфазный асинхронный двигатель используют несколько различных схем, но чаще всего применяются «треугольник» и «звезда».

Треугольник

Преимущество данной схемы заключается в том, что при подключении согласно ей трехфазный двигатель может развивать наибольшую номинальную мощность. Для этого обмотки соединяются по принципу конец-начало, что на схематичном изображении похоже на треугольник, однако в виде треугольника понять что к чему, не всегда удобно. По этому предлагаем для анализа схему снизу, а затем фотографию уже в сборе (еще ниже).

В трехфазных электрических сетях величина линейного напряжения между выводами обмоток составляет 380 В. При этом нет необходимости создания рабочего нуля. Важно отметить, что в такой схеме может возникнуть большой пусковой ток, значительно перегружающий проводку.

Звезда

Этот способ подключения является наиболее используемым в сетях с трехфазным током 380 В. Название схемы связано с тем, что концы обмоток соединяются в одной точке, словно звездные лучи. Начала обмоток подключаются посредством аппаратуры коммутации к фазным проводникам. В такой конструкции линейной напряжение между начал составляет 380 В, а между местом соединения и подключения проводника – 200 В. Ниже представлена схема, а еще ниже уже фотография в собранном виде.

Трехфазный двигатель для 380 В сетей, подключенный таким образом, не способен развить максимальную силу из-за того, что напряжение на каждой обмотке составляет 220 В. В свою очередь, такая схема предотвращает возникновение перегрузок по току, чем обеспечивается плавный пуск.

Возможность подключения двигателя тем или иным способом, как правило, указывается на его табличке. Значок Y означает «звезду», а ∆ — «треугольник». Определить схему на уже подключенной машине можно по виду обмоток – одна двойная перемычка между ними говорит, что использована «звезда» (первое фото снизу), а если между клеммами обмоток видно три перемычки – «треугольник» (первое фото сверху).

В случае, когда необходимо запустить трехфазный асинхронный электродвигатель в обратном направлении вращения, следует поменять два питающих провода от трехфазного источника местами.

Функциональные и эксплуатационные особенности

Характерные преимущества асинхронных двигателей:

• В их конструкции нет коллекторных групп, которые увеличивают износ других видов двигателей за счет дополнительного трения.
• Питание асинхронных электрических машин не требует использования преобразователей и может осуществляться промышленной трехфазной сети.
• Из-за меньшего количества деталей и конструктивных элементов они относительно легко обслуживаются и имеют большой срок службы.

Среди недостатков можно отметить:

• Сфера применения асинхронных двигателей несколько ограничена из-за малого пускового момента.
• Высокая реактивная мощность, которую они потребляют во время работы, не оказывает влияние на механическую мощность.
• Большие пусковые токи, потребляемые на пуске этих двигателей, могут превышать допустимые значения некоторых систем.

Как производятся расчеты

Для того чтобы вычислить частоту вращения двигателя следует воспользоваться определенной нам ранее формулой скольжения:

И выразить из нее скорость вращения ротора:

В качестве примера возьмем двигатель модели АИР71А4У2 мощностью в 550 Вт с 4 парами полюсов и частотой вращения ротора 1360 об/мин.

При питании от сети с частотой 50 Гц статор будет вращаться со скоростью:

Таким образом, величина скольжения электродвигателя составляет:

И, наконец, прекрасное, хотя и устаревшее, видео рекомендуемое всем для одноразового просмотра.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя (стр. 1 из 2)

РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

«Рабочие характеристики асинхронного двигателя»

Асинхронная электрическая машина – это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Используется в основном как двигатель и как генератор. Статор имеет пазы, в которые укладывается одно- или многофазная (чаще трёхфазная) обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания подвижного магнитного поля, вращающегося кругового- у трёхфазных и пульсирующего или вращающегося эллиптического-у однофазных машин. Ротор – вращающаяся часть электрической машины, предназначен также для создания магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем статора, ведёт к созданию электромагнитного вращающего момента, определяющего направление преобразования энергии. У генераторов этот момент носит тормозной характер, противодействуя вращающему моменту первичного двигателя, приводящего в движение ротор. У двигателей, наоборот, этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.

Асинхронный генератор-это асинхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме. Вспомогательный источник электрического тока небольшой мощности и тормозное устройство (в электроприводе).

Асинхронный электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме. Наиболее распространен трехфазный асинхронный электродвигатель (изобретен в 1889 М.О. Доливо-Добровольским). Асинхронные электродвигатели отличаются относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых нагрузках. Мощность от долей Вт до десятков МВт.

1. Асинхронный двигатель

1.1 Частота вращения магнитного поля и ротора

Пусть n1 – частота вращения магнитного поля. Многофазная система переменного тока создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту n1=60f1/p, где f1 – частота тока, p – число пар полюсов, образуемых каждой фазой статорной обмотки.

n2 – частота вращения ротора. Если ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля (n2≠n1), то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте.

При работе частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля.

(n2 n2

Магнитное поле статора вращается в том же направлении, что и ротор и скользит относительно ротора с частотой ns=n1 –n2

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статорахарактеризуется скольжениемS= ns/ n1, => S =(n1 –n2) / n1

Если ротор неподвижен, тоn2=0, S=(n1 –n2) / n1, => S = n1 / n1=1

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, то скольжение S= 0.

При холостом ходе, то есть при отсутствии нагрузки на валу двигателя скольжение ничтожно мало и его можно принять равным 0. Нагрузкой на валу ротора может служить, например резец токарного станка. Он создаёт тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного момента двигатель будет работать устойчиво. Если нагрузка на валу увеличилась, то тормозной момент станет больше вращающего и частота вращения ротора n2 уменьшится. Согласно формулеS =(n1 –n2) / n1 скольжение увеличится. Так как магнитное поле статора скользит относительно ротора с частотой ns=n1 –n2, то оно будет пересекать проводники ротора чаще, в них увеличится ток и двигательный вращающий момент, который вскоре станет равным тормозному. При уменьшении нагрузки, тормозной момент становится меньше вращающего, увеличивается n2 и уменьшаетсяS. Уменьшается Э.Д.С и ток ротора и вращающий момент вновь равен тормозному. Магнитный поток в воздушном зазоре машины при любом изменении нагрузки остаётся примерно постоянным.

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2≈n1, и S≈0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М, идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М =Р2/Ω2+ М, где Р2 – полезная мощность двигателя, Ω2-угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОSφ-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость СОSφ-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе СОSφ мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу СОSφ возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение СОSφ, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая КПДη имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.