Асинхронен двигател - принцип на работа и устройство

• Тел

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.

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:

1. Емфът се индуцира в намотката, но електромагнитният поток се променя с течение на времето.
2. Магнитудът на индуцираната емф е пряко пропорционална на скоростта на промяна на електрическия поток.
3. 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:

1. Дизайнът е проста форма.
2. Ниски производствени разходи.
3. Надежден и практичен за работа с дизайн.
4. Не е причудлив в действие.
5. 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:

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

Механизмът на асинхронен двигател

Най-простата структура и най-разпространената е асинхронният двигател, изобретен от М. О. Доливо-Доброволски. Неговият принцип на действие се основава на действието на въртящо се магнитно поле върху късо съединение, пригодено за въртене. За да подобрят магнитното поле и да му дадат подходяща конфигурация, намотките на асинхронния мотор се поставят върху две сърцевини, които са сглобени от електрически стоманени листове с дебелина 0,5 мм. Листовете един от друг са изолирани с слой лак, за да се намалят загубите от вихрови токове.

Схема на асинхронен двигател.

В неподвижната част на машината, на статора, сърцевината има формата на пълен цилиндър. В жлебовете от вътрешната страна на това ядро ​​е поставена трифазна намотка. Тази намотка е включена под напрежението на трифазна мрежа, а възникналите в нея токове възбуждат въртящото се магнитно поле на машината.

В движещата се част, ротора, сърцевината има формата на цилиндър. Той е монтиран на вала на колата. В жлебовете на повърхността на сърцевината се поставя намотката на ротора, в повечето случаи е с късо съединение. Ако е психически отстранен от сърцевината, той ще изглежда като цилиндрична клетка, изработена от медни или алуминиеви пръчки, затворени в краищата с два пръстена от същия материал. Такава намотка се нарича "катерица". Въртящите пръти се вкарват в жлебовете на ротора без изолация. Често прекъснатата роторна намотка се получава чрез изсипване на ядрените процепи с разтопен алуминий. Освен това се затварят затварящи пръстени.

Асинхронна верига за управление на двигателя.

Стационарната намотка на електродвигателя се извършва от изолиран проводник и се поставя в процепите на статора. Всяка от намотките е разпределена в няколко жлеба. Ако намотката се състои от три намотки, тогава трифазната система от течения, протичащи около нея, възбужда описаното по-горе двуполюсно въртене. В един AC период това поле прави една революция. Следователно, при стандартна индустриална честота от 50 Hz, т.е. 50 периоди в секунда, биполярното поле прави 50 х 60 = 3000 об / мин. Скоростта на въртене на ротора обикновено е само с няколко процента по-малка от скоростта на въртене на полето.

За да получите двигател с по-ниска скорост на полето, трябва да увеличите броя на полюсите на въртящо се магнитно поле през многополюсна намотка. Всяка три намотки на намотката на статора съответства на една двойка полюси на въртящо се поле. Следователно, ако трифазната статорна намотка се състои от К намотки. тогава броят на двойките полюси на въртящото се поле, развълнувани от тази намотка, ще бъде: P = K: Z.

Посоката на въртене на ротора на индукционния двигател се определя от посоката на въртене на магнитното поле.

Посоката на въртене на полето се определя от поредицата от фази А, В, В на трифазната мрежа. За да се промени посоката на въртене на мотора, е достатъчно да се промени връзката на намотката на статора към мрежата, така че статорният терминал, първоначално свързан към фаза А на мрежата, да бъде свързан към фаза Б на мрежата. Съответно, статорният терминал, свързан към фаза В на мрежата, трябва да бъде свързан към фаза А на мрежата. Връзката на третата статорна скоба към мрежата остава непроменена.

Докато роторът е неподвижен, условията в асинхронен двигател са подобни на тези в трансформатора: първичната намотка на трансформатора съответства на намотката на статора и вторичната намотка от намотката на ротора. Напрежението на клемите на всяка фазова намотка на статора се балансира от ЕМФ, предизвикано в тази намотка от въртящо се магнитно поле. Токът в намотката на ротора се индуцира от въртящо се магнитно поле.

Диаграма на принципа на работа на асинхронен двигател.

Според принципа на Ленц този индуциран ток има тенденция да отслабва магнитното поле, което го предизвиква. Но отслабването на магнитното поле намалява емулацията, предизвикана от това поле в намотката на статора. Следователно, електрическото равновесие в статорните терминали е нарушено. Това създава небалансирано излишно напрежение. Това предизвиква увеличение на тока в намотката на статора. Статорният ток увеличава магнитното поле до приблизително неговата предишна стойност и се възстановява електрическото равновесие при статорните клеми.

Съотношението на статорните и роторните токове в индукционния двигател е подобно на съотношенията на първичния и вторичния ток в трансформатора. Стойността на статора е немагнитна и токът на ротора се демагнетизира. Всяка промяна в тока на ротора причинява пропорционална промяна в тока на статора.

При стартиране на двигателя въртящото се магнитно поле пресича намотката на ротора при висока скорост (ъглова скорост W: P) и предизвиква значителна емф в него. Този ЕМП създава голям изходен ток в ротор на катерица с катерици. Съответно, в статорната намотка има и значителен стартов ток. Той е повече от седем пъти по-голям от работния ток на двигателя. Началният импулс е характерен за асинхронен двигател с ротор с катерица.

С увеличаването на скоростта на ротора. индуцираната в него емф намалява и с нея се намаляват токовете на ротора и статора. В края на пускането на ненатоварен двигател токът на ротора трябва да бъде такъв, че развитият от двигателя въртящ момент да покрива всичките му механични загуби, дължащи се на триене на лагерите спрямо въздуха и т.н.

Ако заредим вече въртящ се асинхронен двигател, механичният спирачен момент на вала на двигателя първо ще бъде по-дълъг от въртящия момент и роторът ще намали скоростта n2 /. Съответно, разликата между скоростите n1 - n2 на полето и ротора ще се увеличи, т.е., плъзгането ще се увеличи.

Ротационното поле ще пресича ротора при относително висока скорост и ще предизвика голям EMF в ротора. Увеличаването на емф ще доведе до увеличаване на тока в ротора. Пропорционално на силата на тока, въртящият момент ще увеличи и балансира спиращия момент на вала на двигателя. В същото време увеличаването на тока на ротора ще доведе до съответно увеличение на статорния ток, което ще доведе до увеличаване на потреблението на мощност от мрежата. По този начин, с увеличаване на натоварването на вала на двигателя, увеличаването на плъзгането, силата на тока на статора и консумацията на мощност на двигателя от мрежата.

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).

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 за частен 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

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.

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%.

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.

Разбираме принципите на работа на електродвигателите: предимствата и недостатъците на различните видове

Електродвигателите са устройства, в които електрическата енергия се превръща в механична енергия. Принципът на тяхното действие се основава на явлението електромагнитна индукция.

Въпреки това, начините, по които взаимодействат магнитните полета, принуждаващи ротора на даден двигател да се върти, се различават значително в зависимост от вида на захранващото напрежение - редуващи се или постоянни.

Устройството и принципът на работа на DC мотор

Принципът на работа на двигател с постоянен ток се основава на ефекта на изтласкване като полюси на постоянни магнити и привличане на противоположни такива. Приоритетът на своето изобретение принадлежи на руския инженер Б. С. Якоби. Първият индустриален модел на DC двигател е създаден през 1838 година. Оттогава нейният дизайн не е претърпял големи промени.

При нискоенергийни DC мотори един от магнитите съществува физически. Той е прикрепен директно към тялото на машината. Втората е създадена в намотката на атомната кутия след свързването на DC източник към нея. За да направите това, използвайте специално устройство - устройство за колекторна четка. Самият колектор е проводящ пръстен, монтиран на вала на мотора. Краищата на намотката на котвата са свързани към нея.

При двигателите с голяма мощност физически съществуващите магнити не се използват поради голямото им тегло. За да се създаде постоянно магнитно поле на статора, се използват няколко метални пръчки, всеки от които има собствена намотка на проводник, свързан към положителната или отрицателната шина за захранване. Полюсите със същото име са свързани последователно един с друг.

Броят на двойките полюси на корпуса на двигателя може да бъде един или четири. Броят на колесните четки на колекторната арматура трябва да съвпада.

Високоенергийните електродвигатели имат редица конструктивни трикове. Например, след стартиране на двигателя и с промяна на натоварването върху него, възелът на колекторните четки се измества под определен ъгъл спрямо въртенето на вала. По този начин се компенсира ефектът от "реакцията на арматурата", което води до спиране на вала и намаляване на ефективността на електрическата машина.

Съществуват и три схеми за свързване на DC мотор:

• с паралелно възбуждане;
• сериен;
• смесена.

Паралелното възбуждане е, когато друг независим, обикновено регулируем (реостат) се включва успоредно на намотката на котвата.

Последователни - допълнителна намотка е свързана последователно с веригата за захранване на котвата. Този тип връзка се използва за драстично увеличаване на въртящата сила на двигателя в точното време. Например при стартиране на влаковете.

Двигателите с постоянен ток имат способността да регулират плавно скоростта на въртене, така че те да се използват като сцепление в електрически превозни средства и подемно оборудване.

АС мотори - каква е разликата?

Устройството и принципът на работа на AC двигателя за създаване на въртящ момент включват използването на въртящо се магнитно поле. Техният изобретател е руският инженер М. О. Доливо-Доброполски, който през 1890 г. създава първия промишлен дизайн на двигателя и е основател на теорията и технологията на трифазен променлив ток.

В три статорни намотки на двигателя се извършва въртеливо магнитно поле, веднага щом се свържат към веригата на захранващото напрежение. Роторът на такъв електродвигател в традиционното изпълнение няма намотки и е грубо казано желязо, нещо, приличащо на катерица.

Магнитното поле на статора провокира появата на ток в ротора и много голям, защото това е късо съединение. Този ток предизвиква възникването на свое собствено поле за арматура, което се "блокира" с вихровата магнитна пот на статора и кара вала на двигателя да се върти в същата посока.

Принципът на действие на AC мотор с традиционен ротор с късо съединение има много големи изходни токове. Вероятно много от вас забелязаха това - при стартиране на двигателите на нажежаема лампа те променят яркостта на блясъка. Следователно, при високоенергийни електрически машини се използва фазов ротор - върху него се поставят три намотки, свързани с "звезда".

Арматурните намотки не са свързани към електрическата мрежа и са свързани към стартовия резистор чрез устройство за колекторна четка. Процесът на включване на такъв двигател се състои в свързване към захранващата мрежа и постепенно намаляване до нула на активното съпротивление в котвата за арматура. Електрическият мотор се включва гладко и без претоварване.

Характеристики на използването на асинхронни двигатели в еднофазна схема

Независимо от факта, че ротационното магнитно поле на статора е най-лесно да се получи от трифазно напрежение, принципът на работа на асинхронен електродвигател му позволява да работи от еднофазна домакинска мрежа, ако се направят някои промени в дизайна.

За да направите това, трябва да има две намотки на статора, единият от които е "стартиране". Токът в него се премества във фаза с 90 ° поради включването на реактивно натоварване във веригата. Най-често се използва за този кондензатор.

Захранван от битов изход, можете и индустриален трифазен двигател. За да направите това, в неговата клемна кутия са свързани две намотки в една, а в тази схема е включен кондензатор. Въз основа на принципа на работа на асинхронни електродвигатели, захранвани от еднофазна схема, трябва да се отбележи, че те имат по-ниска ефективност и са много чувствителни към претоварване.

Универсални колекторни двигатели - принцип на работа и характеристики

В електрически инструменти за домакинството с ниска мощност, които изискват ниски стартови токове, висок въртящ момент, висока ротационна скорост и възможност за гладко регулиране, се използват така наречените универсални колекторни двигатели. По проект, те са подобни на DC мотори с последователно възбуждане.

При такива двигатели магнитното поле на статора се генерира поради захранващото напрежение. Само конструкцията на магнитните сърцевини е леко модифицирана - тя не е хвърлена, а един циферблат, който позволява да се намали обръщането на магнетизирането и нагряването чрез токове на Фуко. Серийната индуктивност, свързана към котелната арматура, позволява да се промени посоката на магнитното поле на статора и на арматурата в същата посока и в същата фаза.

Почти пълен синхронизъм на магнитните полета позволява на двигателя да постигне инерция дори при значителни натоварвания на вала, които са необходими за работа с бормашини, ротационни чукове, прахосмукачки, "българи" или машини за полиране.

Ако в захранващата верига на такъв двигател е включен регулируем трансформатор, тогава неговата честота на въртене може да бъде променяна плавно. Но посоката, когато се захранва от електрическата верига, никога не може да бъде променена.

Електродвигателите имат най-висока ефективност (повече от 80%) от всички устройства, създадени от човека. Техното изобретение в края на 19 век може да се смята за качествен цивилизационен скок, защото без тях е невъзможно да си представим живота на съвременното общество, базиран на високи технологии, и нещо по-ефективно все още не е измислено.