Устройство и принцип на работа на асинхронни електродвигатели

Отопление

В индустрията най-често срещани са трифазни асинхронни двигатели. Помислете за структурата и работата на тези двигатели.

Принципът на работа на асинхронен двигател се основава на използването на въртящо се магнитно поле.

За да изясним работата на такъв двигател, ще направим следното преживяване.

Закрепете подковия магнит върху оста, така че да може да се върти от дръжката. Между полюсите на магнита поставяме върху оста меден цилиндър, който може да се върти свободно.

Фигура 1. Най-простият модел за производство на въртящо се магнитно поле.

Нека започнем да въртим магнита с дръжката по посока на часовниковата стрелка. Полето на магнита също ще започне да се върти и с въртене ще пресича медния цилиндър със силите си. В цилиндъра, съгласно закона за електромагнитна индукция, ще възникнат вихрови течения, които ще създадат свое собствено магнитно поле - полето на цилиндъра. Това поле взаимодейства с магнитното поле на постоянния магнит, с което цилиндърът ще започне да се върти в същата посока като магнита.

Установено е, че скоростта на въртене на цилиндъра е малко по-малка от скоростта на въртене на магнитното поле.

Наистина, ако един цилиндър се върти със същата скорост като магнитното поле, тогава магнитните линии на сила не го пресичат и следователно в него не възникват вихрови токове, които да причиняват въртенето на цилиндъра.

Скоростта на въртене на магнитното поле обикновено се нарича синхронна, тъй като е равна на скоростта на въртене на магнита и скоростта на въртене на цилиндъра е асинхронна (асинхронна). Поради това самият двигател е наречен асинхронен двигател. Скоростта на въртене на цилиндъра (ротора) се различава от синхронната скорост на въртене на магнитното поле с малко количество, наречено плъзгане.

Отбелязвайки скоростта на въртене на ротора през n1 и скоростта на въртене на полето през n, можем да изчислим стойността на приплъзване в проценти, като използваме формулата:

В горния експеримент ротационното магнитно поле и въртенето на цилиндъра, причинени от него, се получават благодарение на въртенето на постоянния магнит, поради което такова устройство все още не е електрически двигател. Необходимо е да се натовари електрически ток, за да се създаде въртящо се магнитно поле и да се използва за завъртане на ротора. Тази задача бе изпитана блестящо в един момент от М. О. Доливо-Доброволски. Той предложи използването на трифазен ток за тази цел.

Устройството на асинхронен електродвигател M. O. Dolivo-Dobrovolsky

Фигура 2. Диаграма на асинхронен електродвигател Dolivo-Dobrovolsky

На полюсите на желязна сърцевина с пръстеновидна форма, наречена статор на електродвигател, се поставят три намотки, като трифазните текущи мрежи 0 се намират една спрямо друга под ъгъл от 120 °.

Вътре в сърцевината е закрепена върху оста на металния цилиндър, наречена ротор на електрическия мотор.

Ако намотките са взаимосвързани, както е показано на фигурата и са свързани към трифазната текуща мрежа, тогава общият магнитен поток, създаден от трите полюса, ще се върти.

Фигура 3 показва графика на токовете в намотките на двигателя и процеса на възникване на въртящо се магнитно поле.

Помислете - по-подробно за този процес.

Фигура 3. Получаване на въртящо се магнитно поле

В позиция "А" на графиката токът в първата фаза е нула, във втората фаза е отрицателна, а в третата - положителна. Токът през бобините на полюсите ще тече в посоката, посочена от стрелките на фигурата.

След като определихме посоката на магнитния поток, създаден от дясното правило, ще видим, че на вътрешния полюсен край (срещу ротора) на третата серпентина и северния полюс (С) при полюса на втората намотка ще се създаде южен полюс (S). Общият магнитен поток ще бъде насочен от полюса на втората намотка през ротора към полюса на третата серпентина.

В позицията "В" на графиката текущата във втората фаза е нула, в първата фаза тя е положителна, а в третата - отрицателна. Токът, течащ през бобините на полюсите, създава в края на първата серпентина южния полюс (Ю), в края на третата серпентина северния полюс (С). Общият магнитен поток ще бъде насочен от третия полюс през ротора към първия полюс, т.е. полюсите в този случай ще се движат с 120 °.

В позицията "В" на графиката токът в третата фаза е нула, във втората фаза е положителна, а в първата - отрицателна. Сега токът, преминаващ през първата и втората намотки, ще създаде северния полюс (С) в края на пръчката на първата серпентина, а южният полюс (Yu) в края на втората намотка, т.е. полярността на общото магнитно поле ще се движи още 120 °. В позицията "G" на графиката магнитното поле се движи още 120 °.

Така общият магнитен поток ще промени посоката си с промяна в посоката на тока в статорните намотки (полюсите).

В този случай, в един период на промяна на тока в намотките, магнитният поток ще направи пълно завъртане. Ротационният магнитен поток ще отведе цилиндъра и по този начин ще получим асинхронен електродвигател.

Спомнете си, че на фигура 3 статорните намотки са свързани чрез "звезда", но се образува и въртящо се магнитно поле, когато те са свързани с "триъгълник".

Ако сменим намотките на втората и третата фази, магнитният поток ще промени посоката на своето въртене в обратната посока.

Същият резултат може да бъде постигнат без обмен на намотките на статора, а чрез насочване на тока на втората фаза на мрежата към третата фаза на статора, а третата фаза на мрежата към втората фаза на статора.

По този начин е възможно да се промени посоката на въртене на магнитното поле чрез превключване на всякакви две фази.

Ние разглеждахме устройството на индукционен двигател, имащ три намотки върху статора. В този случай ротационното магнитно поле е биполярно и броят на оборотите на секунда е равен на броя на периодите на промяна на тока за една секунда.

Ако на статора са поставени шест намотки около обиколката, ще бъде създадено четириполюсно ротационно магнитно поле. С девет намотки, полето ще бъде шест полюса.

С честота на трифазен ток f, равен на 50 периоди в секунда или 3000 за минута, броят на оборотите n на въртящото се поле на минута ще бъде:

с биполярен статор, п = (50 х 60) / 1 = 3000 rpm,

с четириполюсен статор, n = (50 х 60) / 2 = 1500 rpm,

с шестполюсен статор, n = (50 х 60) / 3 = 1000 rpm,

когато броят на двойките полюси на статора е p: n = (f x 60) / p,

Затова установихме скоростта на въртене на магнитното поле и зависимостта му от броя на намотките на статорния двигател.

Роторът на същия двигател, както знаем, ще изостане малко в неговата въртене.

Забавянето на ротора обаче е много малко. Например, когато двигателят работи на празен ход, разликата в скоростта е само 3% и при товар от 5 - 7%. Следователно, скоростта на асинхронен двигател с промяна в натоварването варира в много малки граници, което е едно от неговите предимства.

Помислете сега за устройството на асинхронните електродвигатели.

Статорът на модерен асинхронен електродвигател има неизяснени стълбове, т.е. вътрешната повърхност на статора е направена напълно гладка.

За да се намалят загубите от вихрови токове, сърцевината на статора се сглобява от тънки пресовани стоманени листове. Сглобената сърцевина на статора е фиксирана в стоманена кутия.

В слотовете на статора лежеше медна жица. Фазовите намотки на статора на електродвигателя са свързани чрез "звезда" или "триъгълник", за които всички начални и краища на намотките са показани на корпуса - на специален изолационен щит. Такова устройство на статора е много удобно, тъй като ви позволява да завъртите намотките си на различни стандартни напрежения.

Роторът на индукционен двигател, като статор, се състои от щамповани стоманени листове. Намотка се полага в процепите на ротора.

В зависимост от конструкцията на ротора, индукционните двигатели са разделени на двигатели с катерица и фазов ротор.

Намотката на ротор на катерица е направена от медни пръчки, поставени в процепите на ротора. Краищата на прътите са свързани чрез използване на меден пръстен. Такава намотка се нарича "катерица". Имайте предвид, че медните пръти в жлебовете не са изолирани.

При някои двигатели "катеричката" е заменена от отливен ротор.

Асинхронният двигател с фазов ротор (с хлъзгащи пръстени) обикновено се използва при електрически мотори с висока мощност и в тези случаи; когато е необходимо електрическият мотор да създаде голяма сила при стартиране. Това се постига чрез пускане на реостат във намотките на фазовия мотор.

Асинхронните двигатели с късо съединение се задействат по два начина:

1) Директно свързване на трифазно мрежово напрежение към статора на двигателя. Този метод е най-лесният и най-популярен.

2) чрез намаляване на напрежението, приложено към намотките на статора. Напрежението се намалява, например, чрез превключване на намотките на статора от "звезда" в "триъгълник".

Двигателят се включва, когато намотките на статора са свързани със "звезда", а когато ротора достигне нормалната скорост, намотките на статора се превключват към "триъгълна" връзка.

Токът в захранващите проводници с този метод за стартиране на двигателя се намалява с 3 пъти в сравнение с тока, който би възникнал, когато двигателят е бил стартиран чрез директно свързване към мрежата със статорни намотки, свързани с "триъгълник". Този метод обаче е подходящ само ако статорът е проектиран за нормална работа, когато свързва намотките си с "триъгълник".

Най-простият, евтин и надежден е асинхронният електродвигател с ротор с катерици, но този двигател има някои недостатъци - малка сила при стартиране и голям изходен ток. Тези недостатъци се отстраняват до голяма степен от използването на фазов ротор, но използването на такъв ротор значително увеличава цената на двигателя и изисква начален реостат.

Видове асинхронни електродвигатели

Основният тип асинхронни машини е трифазен асинхронен двигател. Има три намотки на статора, изместени в пространството с 120 °. Намотките са свързани в звезда или делта и се захранват от трифазен променлив ток.

В повечето случаи двигателите с ниска мощност работят като двуфазни двигатели. За разлика от трифазните мотори, те имат две намотки на статора, чиито токове, за да се създаде въртящо се магнитно поле, трябва да бъдат изместени под ъгъл π / 2.

Ако токовете в намотките са равни по магнитут и са изместени на фаза с 90 °, тогава работата на такъв мотор няма да се различава по никакъв начин от работата на трифазен един. Въпреки това, такива двигатели с две намотки на статора в повечето случаи се захранват от еднофазна мрежа и смяната, която приближава 90 °, се създава изкуствено, обикновено за сметка на кондензаторите.

Един монофазен двигател, който има само една намотка върху статора, е практически неактивен. При стационарен ротор в двигателя се създава само пулсиращо магнитно поле и въртящият момент е нулев. Вярно е, че ако роторът на такава машина се завърти до определена скорост, той може допълнително да изпълнява функциите на двигателя.

В този случай, въпреки че ще има само пулсиращо поле, той се състои от две симетрични - директни и обратни, които създават неравномерни моменти - повече мотор и по-малко спиране, възникващи от роторните токове с повишена честота (синхронизираното поле е по-голямо от 1).

Във връзка с гореизложеното, монофазни двигатели се доставят с втора намотка, която се използва като стартер. За да се създаде фазово отместване на тока, кондензаторите са включени в схемата на тази намотка, капацитетът на който може да бъде доста голям (десетки микрофарда с мощност на двигателя по-малка от 1 kW).

Контролните системи използват двуфазни двигатели, които понякога се наричат изпълнителни. Имат две намотки на статора, изместени в пространството с 90 °. Една от намотките, наречена намотка на полето, е директно свързана към мрежата от 50 или 400 Hz. Вторият се използва като контролна намотка.

За да създадете въртящо се магнитно поле и съответния момент, токът в управляващата намотка трябва да се измества под ъгъл, близък до 90 °. Регулирането на скоростта на двигателя, както ще бъде показано по-долу, се извършва чрез промяна на стойността или фазата на тока в тази намотка. Обратното се осигурява чрез промяна на фазата на тока в управляващата намотка с 180 ° (превключване на намотката).

Двуфазовите мотори се произвеждат в няколко версии:

ротор на катерица с катерици

с кухи немагнитни ротори

с кухо магнитен ротор.

Трансформацията на ротационното движение на двигателя в транслационното движение на работната машина винаги е свързана с необходимостта от използване на механични компоненти: зъбни релси, винтове и т.н. Поради това понякога е препоръчително двигателят да се движи с линейно движение на ротора (може да се използва името "ротор" само условно - като движещ се орган).

В този случай двигателят, както се казва, може да бъде внедрен. Стационарната намотка на линейния мотор се изпълнява по същия начин като този на обемния двигател, но само трябва да се постави в процепите за цялата дължина на максималното възможно движение на плъзгача на ротора. Задвижващото устройство на ротора обикновено е с късо съединение, с артикулиращото тяло на механизма. В краищата на статора, разбира се, трябва да има спирачки, които да попречат на ротора да напусне работните граници на пътя.

Асинхронен двигател - принцип на работа и устройство

На 8 март 1889 г. най-големият руски учен и инженер Михаил Озипович Доливо-Доброволски изобретил трифазен асинхронен двигател с късо съединение на ротор.

Модерни трифазни асинхронни двигатели са преобразуватели на електрическа енергия в механична енергия. Благодарение на своята простота, ниска цена и висока надеждност, индукционните двигатели се използват широко. Те са навсякъде, това е най-често срещаният тип двигател, произвеждат се на 90% от общия брой двигатели в света. Асинхронният мотор наистина направи техническа революция в цялата глобална индустрия.

Огромната популярност на асинхронните двигатели е свързана с лекотата на тяхната работа, ниска цена и надеждност.

Асинхронен двигател е асинхронна машина, предназначена да преобразува електрическата енергия от променлив ток в механична енергия. Самата дума асинхрон не означава едновременно. В този случай се разбира, че при асинхронни двигатели скоростта на въртене на магнитното поле на статора е винаги по-голяма от скоростта на ротора. Асинхронните двигатели работят, както е ясно от определението, от AC мрежа.

приспособление

На снимката: 1 - вал, 2,6 - лагери, 3,8 - лагерни щитове, 4 - фута, 5 - корпус на вентилатора, 7 - вентилаторно колело, 9 - ротор на катеричка, 10 - статор, 11 - клемна кутия.

Основните части на индукционния двигател са статор (10) и ротор (9).

Статорът е с цилиндрична форма и е сглобен от стоманени листове. В процепите на статорното ядро има статорни намотки, които са направени от намотка за намотаване. Оста на намотките се измества в пространството една спрямо друга под ъгъл от 120 °. В зависимост от подаденото напрежение краищата на намотките се свързват с триъгълник или звезда.

Роторите на индукционен двигател са два вида: късо съединение и фазов ротор.

Кратък ротор е ядро, направено от стоманени листове. Разтопен алуминий се изсипва в жлебовете на това ядро, което води до образуването на пръчки, които са с къси съединения с крайни пръстени. Този дизайн се нарича "катерица с катерици". При двигателите с голяма мощност вместо алуминий може да се използва мед. Клетката на катерицата е късо съединение на роторната намотка, откъдето идва самото име.

Фазовият ротор има трифазна намотка, която на практика не се различава от намотката на статора. В повечето случаи краищата на намотките на фазовия ротор са свързани в звезда и свободните краища се подават към приплъзващите се пръстени. С помощта на четки, които са свързани към пръстените, може да бъде включен допълнителен резистор в схемата за навиване на ротора. Това е необходимо, за да може да се промени съпротивлението в роторната верига, тъй като тя помага да се намалят големите натискащи токове. Прочетете повече за фазовия ротор в статията - асинхронен двигател с фазов ротор.

Принцип на действие

Когато напрежението се прилага върху намотката на статора, във всяка фаза се създава магнитен поток, който се променя с честотата на приложеното напрежение. Тези магнитни потоци се преместват една спрямо друга с 120 °, както във времето, така и в пространството. Така полученият магнитен поток се върти.

Полученият магнитен поток на статора се върти и по този начин създава електродвижеща сила в роторните проводници. Тъй като намотката на ротора има затворена електрическа верига, в нея възниква ток, който на свой ред взаимодейства с магнитния поток на статора, създава начален въртящ момент на двигателя, като се стреми да завърти ротора в посоката на въртене на магнитното поле на статора. Когато достигне стойността, спирачния момент на ротора и след това надвиши, роторът започва да се върти. Когато това се случи, така нареченото приплъзване.

Slip s е количество, което показва колко синхронна честота n₁ магнитното поле на статора е по-голямо от скоростта на ротора n₂, като процент.

Плъзгането е изключително важно количество. В началното време то е равно на единство, но до честотата на въртене n₂ роторна относителна честотна разлика n₁-п₂ става по-малък, в резултат на което ЕМП и токът в роторните проводници намаляват, което води до намаляване на въртящия момент. В режим на готовност, когато двигателят работи без натоварване върху вала, хлъзгането е минимално, но с увеличаване на статичния момент се увеличава до s_кр - критично приплъзване. Ако двигателят надвиши тази стойност, може да възникне така нареченото повдигане на двигателя и да доведе до нестабилна работа. Стойностите на плъзгането варират от 0 до 1, за асинхронни двигатели с общо предназначение, номинално - 1 - 8%.

Щом равновесието между електромагнитния момент, причиняващо въртенето на ротора и спирачния момент, създаден от натоварването върху вала на двигателя, процесът на промяна на стойностите ще се спре.

Оказва се, че принципът на работа на асинхронен двигател се състои в взаимодействието на въртящото се магнитно поле на статора и на тока, предизвикан от това магнитно поле в ротора. Освен това въртящият момент може да се получи само ако има разлика в честотата на въртене на магнитните полета.

Трифазен асинхронен двигател

Трифазен асинхронен двигател с катеричка

Дизайн на асинхронни двигатели

Трифазният асинхронен електродвигател, както и всеки електромотор, се състои от две основни части - статора и ротора. Статор - неподвижна част, въртяща се роторна част. Роторът е разположен вътре в статора. Има малка дистанция между ротора и статора, наречена въздушна междина, обикновено 0.5-2 mm.

Статорът се състои от корпус и сърцевина с намотка. Статорното ядро е сглобено от тънка листова техническа стомана, обикновено с дебелина 0,5 мм, покрита с изолационен лак. Основната структура на ядрото допринася за значително намаляване на вихрови токове, възникващи в процеса на магнитно обръщане на сърцевината чрез въртеливо магнитно поле. Намотките на статора се намират в процепите на сърцевината.

Роторът се състои от сърцевина с къса намотка и вал. Роторното ядро също има ламиниран дизайн. В този случай роторните листове не са лакирани, тъй като токът има малка честота и оксидният филм е достатъчен за ограничаване на вихрови токове.

Принципът на действие. Въртящо се магнитно поле

Принципът на работа на трифазен асинхронен електродвигател се основава на способността на трифазна намотка, когато се включва в трифазна текуща мрежа, да се създаде въртящо се магнитно поле.

Ротационното магнитно поле е основната концепция на електродвигателите и генераторите.

Честотата на въртене на това поле или синхронната честота на въртене е пряко пропорционална на честотата на променливия ток f₁ и е обратно пропорционален на броя двойки полюси p на трифазна намотка.

където n₁ - честотата на въртене на магнитното поле на статора, об / мин,
е₁ - честота на променлив ток, Hz,
р е броят на двойките полюси

Концепцията за въртящо се магнитно поле

За да разберете по-добре феномена на въртящото се магнитно поле, помислете за опростена трифазна намотка с три завоя. Токът, преминаващ през проводника, създава магнитно поле около него. Фигурата по-долу показва областта, създадена от трифазен променлив ток в определен момент от времето.

Компонентите на променливия ток ще се променят с времето, в резултат на което магнитното поле, създадено от тях, ще се промени. В този случай полученото магнитно поле на трифазната намотка ще приеме различна ориентация, като същевременно се запази същата амплитуда.

Действие на въртящо се магнитно поле върху затворена намотка

Сега поставяме затворен проводник в ротационното магнитно поле. Съгласно закона за електромагнитната индукция, променящото се магнитно поле ще доведе до появата на електродвижеща сила (ЕМП) в проводник. На свой ред EMF ще предизвика ток в диригента. По този начин в магнитно поле ще има затворен проводник с ток, на който според закона на Ампер ще действа сила, в резултат на което веригата ще започне да се върти.

Индукционен двигател с роторна качулка

Асинхронният електродвигател работи и в съответствие с този принцип. Вместо рамка с ток в асинхронен двигател, има ротор на катерица с катерица, наподобяваща катерица в конструкция. Кратък ротор се състои от пръчки, къси от краищата на пръстените.

Трифазен променлив ток, преминаващ през намотките на статора, създава въртящо се магнитно поле. По този начин, точно както е описано по-рано, ще се индуцира ток в прътовете на ротора, предизвиквайки въртенето на ротора. На фигурата по-долу можете да забележите разликата между индуцираните токове в прътите. Това се дължи на факта, че магнитудът на промяната в магнитното поле се различава в различните двойки пръти, поради тяхното различно местоположение спрямо полето. Промяната на тока в прътите ще се промени с течение на времето.

Също така може да забележите, че роторните пръчки са наклонени по отношение на оста на въртене. Това се прави, за да се намалят по-високите хармоници на ЕМП и да се отървем от пулса на момента. Ако пръчките са насочени по оста на въртене, тогава в тях ще възникне пулсиращо магнитно поле поради факта, че магнитното съпротивление на намотката е много по-високо от магнитното съпротивление на зъбите на статора.

Асинхронен двигател с приплъзване. Скорост на ротора

Отличителната черта на индукционния двигател е, че скоростта на ротора n₂ по-малка от синхронната честота на въртене на магнитното поле на статора n₁.

Това се обяснява с факта, че ЕМП в роторите на намотката на ротора се индуцира само когато скоростта на въртене е неравномерна.₂1. Честотата на въртене на статорното поле спрямо ротора се определя от честотата на приплъзване n_ите= n₁-п₂. Закъснението на ротора от въртящото се поле на статора се характеризира с относителна стойност s, наречена "slip:

където s е хлъзгането на асинхронния двигател,
п₁ - честотата на въртене на магнитното поле на статора, об / мин,
п₂ - скорост на ротора, обороти на въртене,

Обмислете случая, при който скоростта на ротора ще съвпадне с честотата на въртене на магнитното поле на статора. В този случай относителното магнитно поле на ротора ще бъде постоянно, така че EMF няма да се създава в роторните пръти, а оттам и токът няма да бъде генериран. Това означава, че силата, действаща върху ротора, ще бъде нула. Така че роторът ще се забави. След това на роторните пръти ще действа отново редуващо се магнитно поле, като по този начин ще се увеличи индуцираният ток и сила. В действителност роторът на асинхронен електродвигател никога няма да достигне скоростта на въртене на магнитното поле на статора. Роторът ще се върти с определена скорост, която е малко по-малка от синхронната скорост.

Мотоцикленият индуктор може да варира в диапазона от 0 до 1, т.е. 0-100%. Ако s

0, това съответства на режим на празен ход, когато ротора на двигателя практически не изпитва противоположния момент; ако s = 1 - режим на късо съединение, в който роторът на двигателя е неподвижен (n₂ = 0). Схемата зависи от механичното натоварване на вала на двигателя и се увеличава с нарастването му.

Схемата, съответстваща на номиналното натоварване на двигателя, се нарича номинално наклоняване. За асинхронни двигатели с ниска и средна мощност номиналното наклоняване варира от 8% до 2%.

Преобразуване на енергията

Асинхронен двигател преобразува подадената електрическа енергия в намотките на статора в механично (въртене на вала на ротора). Но входната и изходната мощност не са равни една на друга, тъй като по време на конверсията възникват загуби на енергия: триене, нагряване, вихрови токове и загуби от хистерезис. Тази енергия се разсейва като топлина. Следователно асинхронният двигател има вентилатор за охлаждане.

Асинхронна връзка на двигателя

Трифазен променлив ток

Трифазната електрическа мрежа е най-широко разпространената система за пренос на електрическа енергия. Основното предимство на трифазната система в сравнение с еднофазни и двуфазни системи е нейната ефективност. В трифазен кръг енергията се предава чрез три проводника, а токовете, протичащи в различни проводници, се преместват един спрямо друг във фаза с 120 °, докато синусоидалните емфи на различни фази имат същата честота и амплитуда.

Звезда и триъгълник

Трифазната намотка на статора на електродвигателя е свързана съгласно схемата "звезда" или "триъгълник", в зависимост от захранващото напрежение на мрежата. Краищата на трифазната намотка могат да бъдат: свързани във вътрешността на електрическия мотор (три проводника излизат от двигателя), изведени навън (шест проводника излизат), вкарани в кутията за свързване (шест проводника излизат на кутията, три от кутията).

Фазово напрежение - потенциалната разлика между началото и края на една фаза. Друга дефиниция: фазовото напрежение е разликата в потенциала между линия и неутрална.

Линейно напрежение - потенциалната разлика между два линейни проводника (между фазите).

Принципът на работа на асинхронен двигател

Електрическият мотор е проектиран да преобразува, с ниски загуби, електрическата енергия в механична енергия.

Предлагаме да се разгледа принципът на работа на асинхронен електродвигател с ротор с катерици, трифазен и еднофазен, както и диаграмите му за проектиране и свързване.

Структура на двигателя

Основните елементи на електрическия мотор са статор, ротор, намотки и магнитна сърцевина.

Превръщането на електрическата енергия в механична енергия се извършва в въртящата се част на двигателя - ротора.

В мотор с променлив ток роторът получава енергия не само поради магнитното поле, но и чрез индукция. По този начин те се наричат асинхронни двигатели. Това може да се сравни с вторичната намотка на трансформатор. Тези асинхронни двигатели се наричат и ротационни трансформатори. Най-често използвани модели, предназначени за трифазно включване.

Дизайн на асинхронни двигатели

Посоката на въртене на електродвигателя се определя от правилото на лявата дръжка: показва връзката между магнитното поле и проводника.

Вторият много важен закон е Фарадей:

Емфът се индуцира в намотката, но електромагнитният поток се променя с течение на времето.
Магнитудът на индуцираната емф е пряко пропорционална на скоростта на промяна на електрическия поток.
Посоката на ЕМП противодейства на тока.

Принцип на действие

Когато напрежението е приложено към неподвижните намотки на статора, той създава магнитно поле в статора. Ако се приложи AC напрежение, магнитният поток, създаден от него, се променя. Така статорът променя магнитното поле и роторът получава магнитни потоци.

По този начин роторът на електрическия мотор получава този поток на статора и следователно се върти. Това е основният принцип на работа и приплъзване в асинхронни машини. От гореизложеното следва да се отбележи, че магнитният поток на статора (и напрежението му) трябва да бъде равен на променливия ток за въртене на ротора, така че асинхронната машина да може да работи само от променливотоково захранване.

Принципът на работа на асинхронен двигател

Когато такива мотори действат като генератор, те директно генерират променлив ток. В случай на такава работа, роторът се върти с помощта на външни средства, например, турбина. Ако роторът има някакъв остатъчен магнетизъм, т.е. някои магнитни свойства, които той задържа като магнит вътре в материала, тогава роторът създава променлив поток в неподвижната статорна намотка. Така че тази статорна намотка ще получи индуцирано напрежение в съответствие с принципа на индукция.

Индукционните генератори се използват в малките магазини и домакинствата, за да осигурят допълнителна хранителна поддръжка и са най-евтините заради лесната им инсталация. Напоследък те са широко използвани от хората в тези страни, където електрическите машини губят мощност поради постоянно падане на напрежението в мрежата за доставки. По-голямата част от времето роторът се върти с малък дизелов двигател, свързан към асинхронен генератор на променливо напрежение.

Как роторът се върти

Ротационният магнитен поток преминава през въздушната междина между статора, ротора и намотката на неподвижните проводници в ротора. Този въртящ се поток създава напрежение в проводниците на ротора, като по този начин принуждава EMF да се индуцира в тях. Съгласно закона на Фарадей за електромагнитна индукция, това относително движение между въртящия се магнитен поток и стационарните намотки на ротора, което възбужда ЕМФ, е основата на въртенето.

Двигател с ротор с катерици, в който роторните проводници формират затворена верига, в резултат на което емф предизвиква ток в него, посоката е дадена от Закона за лещите и е такава, че да противодейства на причината за възникването му. Относителното движение на ротора между въртящия се магнитен поток и фиксирания проводник е действието му при въртенето. По този начин, за да се намали относителната скорост, роторът започва да се върти в същата посока като въртящия се поток върху намотките на статора, опитвайки се да го хване. Честотата на импулсите, предизвикани от него, е същата като честотата на захранването.

Индукционни двигатели с хребета

Когато захранващото напрежение е ниско, не възниква възбуждане на намотките на късо съединение на ротора. Това е така, защото броят зъби на статора и броят на зъбите на ротора са еднакви, като по този начин причиняват магнитно фиксиране между статора и ротора. Този физически контакт по друг начин се нарича блокиране на зъбите или магнитно блокиране. Този проблем може да бъде преодолян чрез увеличаване на броя на слотовете в ротора или статора.

връзка

Асинхронният мотор може да бъде спрян чрез просто размесване на два от щифтовете на статора. Използва се при аварийни ситуации. След това се променя посоката на въртящия се поток, който произвежда въртящ момент, като по този начин причинява прекъсване на захранването на ротора. Това се нарича антифузионно спиране.

Видео: Как функционира един асинхронен двигател

За да не се случи това в еднофазен асинхронен двигател, е необходимо да се използва кондензаторно устройство.

Той трябва да бъде свързан към началната намотка, но трябва да бъде изчислен предварително. формула

QC = U_с I 2 = U 2 I 2 / sin 2

Верига: Свързване на асинхронен двигател

От това следва, че електрически машини с променлив ток от двуфазен или еднофазен тип трябва да бъдат снабдени с кондензатори с мощност, равна на самата мощност на двигателя.

Аналогия на съединителя

Като се има предвид принципът на работа на асинхронен електродвигател, използван в промишлените машини и техническите му характеристики, трябва да се каже за въртящ се съединител на механичен съединител. Въртящият момент на задвижващия вал трябва да бъде равен на въртящия момент на задвижващия вал. Освен това трябва да се подчертае, че тези две точки са еднакви, тъй като въртящият момент на линейния конвертор е причинен от триене между дисковете вътре в самия съединител.

Електромагнитен съединител

Подобен принцип на работа и теглещия мотор с фазов ротор. Системата на такъв мотор се състои от осем полюса (от които 4 са основни, а 4 са допълнителни) и ядра. Медните бобини се намират в основните полюси. Ротацията на такъв механизъм е задължена да превключва, която получава въртящ момент от арматурния вал, наричан още ядрото. Връзката с мрежата се осъществява от четири гъвкави кабела. Основната цел на многополюсния електродвигател е да пусне в движение тежки машини: дизелови локомотиви, трактори, комбайни и в някои случаи машинни инструменти.

Силни и слаби страни

Устройството на асинхронния мотор е почти универсален, но също така този механизъм има своите плюсове и минуси.

Предимства на индукционните двигатели с променлив ток:

Дизайнът е проста форма.
Ниски производствени разходи.
Надежден и практичен за работа с дизайн.
Не е причудлив в действие.
Опростена схема на управление

Ефективността на тези двигатели е много висока, тъй като няма загуба на триене и относително висок фактор на мощността.

Недостатъци на AC индукционни двигатели:

Контролът на скоростта без загуба на мощност не е възможен.
Ако товарът се увеличи, моментът намалява.
Относително малка начална точка.

Устройство и принцип на работа на асинхронен двигател

Асинхронните електродвигатели (AD) се използват широко в националната икономика. Според различни източници, до 70% от цялата електрическа енергия, преобразувана в механична енергия с ротационно или транслационно движение, се консумира от асинхронен двигател. Електрическата енергия в механичната енергия на транслационното движение се преобразува от линейни асинхронни електрически мотори, които се използват широко в електрическо задвижване за извършване на технологични операции. Широко разпространената употреба на кръвното налягане се свързва с редица предимства. Асинхронните двигатели са най-простият в проектирането и производството, надеждни и най-евтините от всички видове електрически мотори. Те нямат устройство за събиране на четките или плъзгащ токоприемник, което освен висока надеждност осигурява минимални експлоатационни разходи. В зависимост от броя фази на подаване, се разграничават трифазни и еднофазни асинхронни двигатели. Трифазен асинхронен двигател при определени условия може успешно да изпълнява функциите си, дори когато се захранва от еднофазна мрежа. HELL се използва широко не само в промишлеността, строителството, селското стопанство, но също и в частния сектор, в ежедневието, домашните работилници, градинските парцели. Еднофазни асинхронни двигатели задвижват перални машини, вентилатори, малки дървообработващи машини, електрически инструменти и помпи за водоснабдяване. Най-често трифазното артериално налягане се използва за ремонт или създаване на механизми и устройства за промишлено производство или собствен дизайн. И на разположение на дизайнера може да бъде едновременно трифазен и еднофазен мрежа. Има проблеми с изчисляването на мощността и избора на мотор за един или друг случай, избирането на най-рационалната схема за управление на асинхронен двигател, изчисляване на кондензатори, осигуряващи работа на трифазен асинхронен мотор в еднофазен режим, избор на напречно сечение и тип проводници, устройства за управление и защита. Този вид практически проблеми са посветени на книгата, предложена на читателя. Книгата също така предоставя описание на устройството и принципа на работа на асинхронен двигател, основните проектни съотношения за мотори в трифазни и еднофазни режими.

Устройство и принцип на работа на асинхронни електродвигатели

1. Устройства с трифазни асинхронни двигатели

Традиционният трифазен асинхронен двигател (AD), който осигурява въртеливо движение, е електрическа машина, състояща се от две основни части: фиксиран статор и ротор, въртящ се на вала на двигателя. Статорният двигател се състои от рамка, в която се вмъква т. Нар. Електромагнитно ядро на статор, включващо магнитна сърцевина и трифазна разпределена статорна намотка. Целта на ядрото е да магнетизира машината или да създаде ротационно магнитно поле. Магнитната сърцевина на статора се състои от листове (от 0.28 до 1 мм), изолирани една от друга, щамповани от специална електрическа стомана. В листовете има зъбна зона и иго (фигура 1.а). Листовете се сглобяват и закрепват по такъв начин, че статорните зъби и жлебовете на статора се оформят в магнитната сърцевина (Фигура 1.b). Магнитната верига е малко магнитно съпротивление за магнитния поток, генериран от намотката на статора, и поради феномена на магнетизиране този поток се увеличава.

Фиг. 1 статорна магнитна сърцевина

Разпределена трифазна намотка на статор се полага в жлебовете на магнитната верига. Намотката в най-простия случай се състои от три фазови серпентини, чиито оси се преместват в пространството един спрямо друг с 120 °. Фазовите бобини са взаимосвързани от звезда или триъгълник (фиг.2).

Фигура 2. Схеми на свързване на фазовите намотки на трифазен асинхронен мотор в звезда и в триъгълник

По-подробна информация за схемите за свързване и символите за началните и крайните намотки е представена по-долу. Роторът на двигателя се състои от магнитна сърцевина, също така сглобена от щамповани стоманени листове с вдлъбнатини, в които е разположена намотката на ротора. Има два вида роторни намотки: фаза и късо съединение. Фазовата намотка е подобна на намотката на статора, свързана в звезда. Краищата на намотката на ротора са свързани и изолирани, а началото е прикрепено към контактните пръстени, разположени върху вала на двигателя. Фиксираните четки се наслагват върху плъзгащите пръстени, изолирани един от друг и от вала на двигателя и въртящи се заедно с ротора, към който са прикрепени външни вериги. Това позволява чрез промяна на съпротивлението на ротора да се регулира скоростта на въртене на двигателя и да се ограничат изходните токове. Най-широко използваните къси съединения с намотки "катерици". Въртянето на ротори на големи двигатели включва месингови или медни пръти, които се задвижват в жлебовете, а късите крайни пръстени са монтирани по краищата, към които са залепени или заварени прътите. За серийните ниско и средно напрежение BPs, намотката на ротора се извършва чрез леене с алуминиева сплав. В същото време пръти 2 и къси кръгови пръстени 4 с крила на вентилатора се оформят едновременно в опаковката на ротора 1, за да се подобрят условията на охлаждане на двигателя, а след това опаковката се притиска към вала 3. (Фигура 3). В разрез, направен на фигурата, са видими профилите на жлебовете, зъбите и роторните прътове.

Фиг. 3. Асинхронен двигател на ротора с късо съединение

Общ изглед на асинхронна серия двигатели 4А е представен на фиг. 4 [2]. Роторът 5 се притиска към вала 2 и се монтира върху лагерите 1 и 11 в отвора на статора в лагерите 3 и 9, които са закрепени към краищата на статора 6 от двете страни. Към свободния край на вала 2 прикрепете товара. В другия край на вала, вентилаторът 10 се заздравява (двигателят на затворената взривена версия), който е затворен с капачка 12. Вентилаторът осигурява по-интензивно отвеждане на топлината от двигателя, за да се постигне съответният капацитет на натоварване. За по-добър пренос на топлина леглото се отлива с ребра 13 върху почти цялата повърхност на леглото. Статорът и роторът са разделени от въздушна междина, която за машини с малка мощност варира от 0,2 до 0,5 мм. За закрепване на двигателя към основата, рамката или директно към механизма, поставен в движение върху рамката, са предвидени лапи 14 с монтажни отвори. Предлагат се и фланцеви двигатели. При такива машини на един от лагерите (обикновено от страната на вала) се използва фланец за свързване на двигателя към работния механизъм.

Фиг. 4. Общ изглед на асинхронния сериен мотор 4А

Представени са също двигатели, имащи както лапи, така и фланец. Инсталационните размери на двигателите (разстоянието между отворите на краката или фланците), както и височината им на оста на въртене, се нормализират. Височината на оста на въртене е разстоянието от равнината, на която е разположен двигателят, до оста на въртене на вала на ротора. Височините на осите на въртене на двигатели с малка мощност: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 mm.

2. Принципът на работа на трифазните асинхронни двигатели

Беше отбелязано по-горе, че трифазната намотка на статора служи за магнетизиране на машината или за създаване на т.нар. Въртящо се магнитно поле на двигателя. Принципът на индукционния двигател се основава на закона за електромагнитната индукция. Ротационното магнитно поле на статора пресича проводниците на късо съединение на роторната намотка, което в последната индуцира електродвижеща сила, предизвиквайки протичане на променлив ток в намотката на ротора. Токът на ротора създава свое собствено магнитно поле, взаимодействието му с въртящото се магнитно поле на статора води до въртенето на ротора след полетата. Идеята за асинхронната двигателна операция е най-ясно илюстрирана от простия опит, демонстриран от френския академик Arago през 18 век (фиг.5). Ако магнитът с форма на подкова се върти с постоянна скорост близо до метален диск, който е свободно разположен върху оста, тогава дискът ще започне да се върти след магнита при определена скорост, по-малка от скоростта на въртене на магнита.

Фиг. 5. Опитайте Араго, обяснявайки принципа на асинхронния двигател

Това явление е обяснено на базата на закона за електромагнитната индукция. Когато магнитните полюси се движат близо до повърхността на диска, в контурите под полюса се индуцира електродвижеща сила и се появяват токове, които създават магнитно поле на диска. Читател, който трудно може да си представи проводящи контури в твърд диск, може да изобрази диск под формата на колело с много проводящи спици, свързани с джантата и ръкава. Две спици, както и сегментите на джантата и втулките, които ги свързват, представляват елементарен контур. Дисковото поле е свързано към полето на полюсите на въртящ се постоянен магнит, а дискът е увлечен от собственото си магнитно поле. Очевидно най-голямата електродвижеща сила ще бъде предизвикана в контурите на диска, когато дискът е неподвижен, и обратно, най-малката, когато е близо до скоростта на въртене на диска. Насочвайки се към истински асинхронен двигател, ние отбелязваме, че късо съединение на роторната намотка може да се оприличи на диск, а на статорната намотка с магнитна сърцевина - към въртящ се магнит. Обаче въртенето на магнитното поле в стационарния статор а се дължи на трифазна система от токове, които протичат в трифазна намотка с пространствено фазово отместване.

Устройство, принцип на действие на асинхронен двигател

Асинхронен двигател е AC машина. Думата "асинхронна" означава не-едновременна. В този случай се разбира, че в асинхронните двигатели честотата на въртене на магнитното поле се различава от честотата на въртене на ротора. Основните части на машината са статор и ротор, отделени една от друга с еднаква въздушна междина.

Фиг.1. Асинхронни двигатели

Статорът е фиксирана част на машината (фиг.1, а). За да се намалят загубите от вихрови токове, сърцевината му е съставена от пресовани листове от електрическа стомана с дебелина от 0.35 - 0.5 мм, изолирани един от друг от слой лак. Намотка се полага в процепите на магнитната верига на статора. При трифазни двигатели намотката е трифазна. Фазите на намотката могат да бъдат свързани в звезда или триъгълник, в зависимост от големината на мрежовото напрежение.

Роторът е ротационна част на двигателя. Магнитната сърцевина на ротора е цилиндър, изработен от щамповани листове от електрическа стомана (фиг.1, б. С). В гнездата на ротора се поставя намотка, в зависимост от вида на намотката, роторите на асинхронните двигатели са разделени на късо съединение и фаза (с хлъзгащи пръстени). Краткотрайна намотка е неизолирана медна или алуминиева пръчка (фиг.1, d), свързана с краищата на пръстените от същия материал ("катерица с катерици").

Във фазовия ротор (виж фиг.1, с) в процепите на магнитната верига има трифазна намотка, фазите на която са свързани със звезда. Свободните краища на фазите на намотката са свързани с три медни приплъзващи пръстена, монтирани на вала на двигателя. Плъзгащите пръстени са изолирани един от друг и от вала. Към пръстените се притискат въглеродни или медни графитни четки. Чрез контактните пръстени и четките в намотката на ротора можете да включите трифазен стартов и регулиращ реостат.

Превръщането на електрическата енергия в механична енергия в асинхронен двигател се осъществява чрез въртящо се магнитно поле. Ротационното магнитно поле е постоянен поток, въртящ се в пространството с постоянна ъглова скорост.

Необходимите условия за възбуждане на въртящо се магнитно поле са:

- пространствено отместване на осите на статорните бобини,

- времево отместване на токове в статорните бобини.

Първото изискване се удовлетворява от подходящото разположение на магнитните бобини върху магнитната сърцевина на статора. Фазовата ос на намотката е изместена в пространството под ъгъл от 120 °. Второто условие е осигурено от захранването на статорните намотки на трифазна система за напрежение.

Когато двигателят е включен в трифазна мрежа, в статорната намотка е установена система от токове със същата честота и амплитуда, чиито периодични промени се правят със закъснение от 1/3 от периода.

Токовете на фазите на намотката създават магнитно поле, въртящо се спрямо статора с честота n₁. оборотите, които се наричат синхронни обороти на двигателя:

където f₁ - честота на захранване, Hz;

р е броят на двойките полюси на магнитното поле.

При стандартната честота на мрежата Hz, честотата на въртене на полето според формулата (1) и в зависимост от броя на двойките полюси има следните стойности:

При завъртане полето преминава през проводниците на намотката на ротора, предизвиквайки емф в тях. При затваряне на намотката на ротора EMF причинява течения, когато взаимодейства с въртящо се магнитно поле, възниква въртящ се електромагнитен момент. Честотата на въртене на ротора в режим на двигател на асинхронната машина винаги е по-малка от честотата на въртене на полето, т.е. роторът закъснява зад ротационното поле. Само при това условие EMF се индуцира в роторните проводници, потокът на тока и въртящият момент се създават. Феноменът на закъснението на ротора от магнитното поле се нарича приплъзване. Степента на закъснение на ротора от магнитното поле се характеризира с големината на относителното приплъзване

където n₂ - скорост на ротора, об

За асинхронни двигатели плъзгането може да варира от 1 (старт) до стойност близка до 0 (празен ход).

185.154.22.117 © studopedia.ru не е автор на материалите, които са публикувани. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни.

Асинхронен двигател - принцип на работа и устройство

приспособление

Основните части на индукционния двигател са статор (10) и ротор (9).

Роторите на индукционен двигател са два вида: късо съединение и фазов ротор.

Принцип на действие

Когато напрежението се прилага върху намотката на статора, във всяка фаза се създава магнитен поток, който се променя с честотата на приложеното напрежение. Тези магнитни потоци се преместват една спрямо друга с 120 °. както във времето, така и в пространството. Така полученият магнитен поток се върти.

Slides е количество, което показва колко синхронна честота n₁ магнитното поле на статора е по-голямо от скоростта на ротора n₂. като процент.

Плъзгането е изключително важно количество. В началното време то е равно на единство, но до честотата на въртене n₂ роторна относителна честотна разлика n₁ -п₂ става по-малък, в резултат на което ЕМП и токът в роторните проводници намаляват, което води до намаляване на въртящия момент. В режим на готовност, когато двигателят работи без натоварване върху вала, хлъзгането е минимално, но с увеличаване на статичния момент се увеличава до s_кр - критично приплъзване. Ако двигателят надвиши тази стойност, може да възникне така нареченото повдигане на двигателя и да доведе до нестабилна работа. Стойностите на плъзгането варират от 0 до 1, за асинхронни двигатели с общо предназначение, номинално - 1 - 8%.

Устройство и принцип на работа на асинхронни електродвигатели

Асинхронен двигател - принцип на работа и устройство

приспособление

Принцип на действие

Трифазен асинхронен двигател

Трифазен асинхронен двигател с катеричка

Дизайн на асинхронни двигатели

Принципът на действие. Въртящо се магнитно поле

Концепцията за въртящо се магнитно поле

Действие на въртящо се магнитно поле върху затворена намотка

Индукционен двигател с роторна качулка

Асинхронен двигател с приплъзване. Скорост на ротора

Преобразуване на енергията

Асинхронна връзка на двигателя

Трифазен променлив ток

Звезда и триъгълник

Принципът на работа на асинхронен двигател

Структура на двигателя

Принцип на действие

Как роторът се върти

Индукционни двигатели с хребета

връзка

Аналогия на съединителя

Силни и слаби страни

Устройство и принцип на работа на асинхронен двигател

Устройство, принцип на действие на асинхронен двигател

Асинхронен двигател - принцип на работа и устройство

приспособление

Принцип на действие

За Повече Статии За Електричар

Подово Отопление

Заземяване