В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.
Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.
Достоинства асинхронных электродвигателей
Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.
Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором
Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.
Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.
Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.
В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).
Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.
Принцип работы асинхронных электродвигателей
Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p
Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1
Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.
Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.
Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:
- Сравнительно невысокая цена;
- Надёжность
- Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.
Асинхронные электродвигатели имеют и ряд недостатков:
- Трудности с точным регулированием скорости;
- Большой пусковой ток;
- Относительно невысокий коэффициент мощности.
По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:
- Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
- Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.
Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).
Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.
Преимущества асинхронных двигателей
Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:
- Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
- Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
- Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
- Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.
Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.
Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.
Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.
Статор (3) выполнен, так же как и в обычном асинхронном двигателе, он представляет из себя полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в который уложена трехфазная обмотка.
Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.
Для того чтобы автоматизировать пуск двигателя, в обмотку ротора включают индуктивность. В момент пуска, частота тока в роторе наибольшая, а значит и индуктивное сопротивление максимально. Затем, при разгоне двигателя, частота, как и сопротивление уменьшаются, и двигатель постепенно начинает работать в обычном режиме.
За счет усложнения своей конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором, обладает хорошими пусковыми и регулировочными характеристиками. Но по той же причине, его стоимость возрастает приблизительно в 1.5 по сравнению с обычным АД, кроме того увеличивается масса, размеры и как правило, уменьшается надежность двигателя.
Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).
Устройство
На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.
Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).
Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.
Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.
Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой«. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.
Востребованность асинхронных двигателей подобного типа на сегодняшний день обуславливается следующими значимыми преимуществами, которыми они обладают:
Востребованность асинхронных двигателей подобного типа на сегодняшний день обуславливается следующими значимыми преимуществами, которыми они обладают:
Однако, при таком большом количестве положительных сторон, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают и некоторыми недостатками, основными из них являются следующие особенности подобных машин:
- Слишком большие размеры двигателя, которые могут причинять некоторые неудобства при монтаже и эксплуатации.
- Коэффициент полезного действия и общая выработка у них намного ниже, чем у многих аналогов. Разновидность агрегатов с короткозамкнутым ротором значительно превосходит их по этим показателям.
Типовая схема управления электродвигателем крана
Плавный запуск двигателя с фазным ротором
Система плавного разгона электродвигателя с фазным ротором работает автоматически. Оператор нажимает кнопку «Пуск», дальше автоматика все делает сама.
Главный контактор подключает к трехфазному напряжению обмотку статора. Двигатель начинает вращение с минимально возможной скоростью, так как в цепь его ротора включены резисторы с максимально возможным сопротивлением.
Через фиксированную задержку, формируемую реле времени, включается первый контактор, шунтирующий первую секцию сопротивлений в цепи ротора. Скорость вращения немного возрастает. Проходит еще время, второе реле времени запускает следующий контактор. Шунтируется следующая секция сопротивлений, ток в цепи ротора возрастает, скорость вращения – увеличивается. И так далее, до полного исключения всех сопротивлений из цепи ротора. При этом электродвигатель выходит на номинальные обороты.
Схема плавного пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором
Число ступеней разгона выбирается из условий тяжести запуска. Разгон получается не таким уж плавным, ток в статоре возрастает ступенями. При старте и переходе на каждую последующую ступень, электродвигатель все равно потребляет пусковой ток, хоть и меньшего значения.
Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей
С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала, который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного электродвигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:
АД Устройство
Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.
Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя
Асинхронный двигатель с фазным ротором устройство: на роторе находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря такому устройству и конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.
Асинхронный двигатель с фазным ротором особенности запуска
Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость , для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.
Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.
Асинхронный двигатель с фазным ротором достоинства и недостатки устройства
Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:
На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо правильно определить начала и концы фазных обмоток.
Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.
У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.
Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту
Выбор электродвигателей к производственным механизмам — Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.
Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов — основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы
Как самому рассчитать и сделать электродвигатель — рассмотрены расчеты ЭД малой мощности постоянного и переменного тока. Даны схемы включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть
Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки
Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов
Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей
Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.
Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.
Типовая схема подсоединения АПЧ выглядит, как на рисунке ниже:
Обмотка статора подсоединена к питающей сети с частотой f1. Частоту f2 получают с концов роторной обмотки ротора, куда она поступает через контактные кольца и щетки.
Для такого преобразования частоты требуется приводной двигатель, механически связанный с ротором АПЧ. Таким ЭД может быть синхронный или асинхронный двигатель, если необходимо задать определенную частоту, а можно использовать двигатель постоянного тока, если нужно осуществлять плавную регулировку частоты.
Если ротор преобразователя вращать в режиме противовключения, т.е против направления вращения магнитного поля статора, то скольжение s>1, поэтому, частота получаемого тока будет выше частоты статора f2>f1. Если поменять направление вращения приводного двигателя (ПД), то скольжение s 1, а значит, в числителе формулы выше должен стоять знак плюс, иначе s
В наши дни электрооборудование выглядит совсем иначе, чем изобретение российского электротехника, но по-прежнему используются для превращения электрической энергии в механическую. Надежность в работе, простая конструкция и невысокая себестоимость были по достоинству оценены покупателями. Сегодня асинхронные двигатели — наиболее распространенный во всем мире тип моторов. Их используют для комплектации промышленного оборудования, бытовой техники и электроинструментов в девяти случаев из десяти.
В наши дни электрооборудование выглядит совсем иначе, чем изобретение российского электротехника, но по-прежнему используются для превращения электрической энергии в механическую. Надежность в работе, простая конструкция и невысокая себестоимость были по достоинству оценены покупателями. Сегодня асинхронные двигатели — наиболее распространенный во всем мире тип моторов. Их используют для комплектации промышленного оборудования, бытовой техники и электроинструментов в девяти случаев из десяти.
Какие бывают виды асинхронных механизмов
Асинхронный мотор имеет самую простую конструкцию. Классическое устройство электродвигателя состоит из статора, а также ротора.
Статор выполнен в форме классического цилиндра. Для изготовления статора производители используют тонкие стальные листы, обмотка в пазах сердечника сделана из специального провода. Оси обмоток расположены друг к другу под углом 120°. Их концы соединяются по-разному — все зависит от допустимой величины напряжения. В одних случаях соединение напоминаем звезду, в других — треугольник.
В отличие от статора, роторы бывают нескольких типов. Производители классифицируют выпущенные моторы именно по типу ротора — виды асинхронных двигателей: с короткозамкнутым и фазным ротором. Давайте рассмотрим каждый их подробнее.
Асинхронный электродвигатель: принцип работы
Что такое скольжение? Это величина, которая показывает нам, насколько синхронная частота магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора.
n1 — синхронная частота магнитного поля статора, n2 — ротора.
Если говорить простыми словами, принцип работы мотора состоит во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Вращающий момент возникает только тогда, когда появляется разность частот вращения магнитных полей.
Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей
Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.
Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам
Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.
Получение вращающегося магнитного поля
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.
Пуск асинхронных двигателей
Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя
Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.
Способы торможения двигателей
http://www.ruselt.ru/articles/printsip-raboty-asinkhronnogo-elektrodvigatelya/
http://www.szemo.ru/press-tsentr/article/asinkhronnyy-elektrodvigatel-printsip-raboty-i-ustroystvo/
http://electroandi.ru/elektricheskie-mashiny/asdvig/asinkhronnyj-dvigatel-s-faznym-rotorom.html
http://electroandi.ru/elektricheskie-mashiny/asdvig/asinkhronnyj-dvigatel-printsip-raboty-i-ustrojstvo.html
http://slarkenergy.ru/oborudovanie/engine/asinxronnye-s-faznym-rotorom.html
http://electric-tolk.ru/asinxronnyj-elektrodvigatel-s-faznym-rotorom/
http://www.texnic.ru/books/electrotex/el018.htm
http://www.poroselectromotor.ru/stati/asinhronnij-jelektrodvigatel-vidi-i-princip-raboti
http://motors33.ru/asinxronnyj-elektrodvigatel-ustrojstvo-i-princip-dejstviya.html
http://ruaut.ru/content/tehnicheskaya_biblioteka/videoteka/Ustroistvo_i_princip_raboti_trehfaznih_asinhronnih_dvigateley.html
