Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя

Понять принцип действия асинхронного двигателя не сложно, если не пользоваться учебниками для вузов и школ. Зачастую академическая литература лишь препятствует пытливому уму разобраться в работе электромоторов и часто навсегда отбивает охоту заниматься изысканиями, связанными с электротехникой и электромеханикой. В последнее время у многих людей, не связанных напрямую с наладкой и проектированием машин, появился интерес к сборке самодельных станков, механизмов, летательных аппаратов и самодвижущихся машин. Поэтому в этой статье мы попытались доступно объяснить принцип действия асинхронного электродвигателя без сложных понятий и формул.

Работа любого асинхронного двигателя построена на принципе вращающегося магнитного поля. Как его можно создать? Например, можно взять постоянный магнит и начать вращать его вокруг своей оси – получится вращающееся магнитное поле. А если крутить магнит возле медного диска, то он станет вращаться вслед за магнитом, пытаясь его догнать. Со стороны наблюдателя кажется, что между магнитом и диском есть невидимая вязкая связь. Их движение не синхронно, диск крутится с некоторым отставанием.

Объяснить это явление можно тем, что магнит при вращении возбуждает в структуре диска индукционные токи или токи Фуко. Они всегда движутся по замкнутому кругу — нигде не начинаясь и нигде не заканчиваясь, и являются, по сути, токами короткого замыкания, которые разогревают металл и от которых обычно пытаются избавиться. Но в нашем случае они полезны, т.к. порождают во вращаемом диске магнитное поле, которое дальше взаимодействует с полем постоянного магнита.

В асинхронных электродвигателях всё происходит по тому же принципу, только чтобы получить вращающееся поле, используют не постоянный магнит, а обмотки статора, в которых создаётся поле вращения. Условия для вращения можно создать только в многофазных системах, где ток сдвинут по фазе на определённый градус. В быту используются двухфазные электродвигатели, где вторая фаза создаётся искусственно с помощью сдвигающего конденсатора, катушки или сопротивления. В промышленности применяют трёхфазные системы.

Первый трёхфазный асинхронный двигатель был сделан русским учёным Доливо-Добровольским. Схема его работы показана на рисунке. Статор состоял из трёх обмоток (полюсов), отдалённых друг от друга на 120°. Вверху показан график синусоидального тока всех трёх полюсов, наложенных на один рисунок. В момент, когда ток одной из фаз равен нулю (отмечено пунктиром), две другие имеют значения близкие к максимальным и отличаются по направлению тока. Так между двумя работающими обмотками создаются магнитное поле. В следующий момент ситуация меняется – один из работающих полюсов отключается, оставшийся в работе меняет полярность (т.к. в обмотке меняется направление тока), а полюс только что включившийся в работу, поддерживает сместившееся магнитное поле. Магнитные линии пересекают часть металлического ротора и в нём генерируются вихревые токи. Они взаимодействуют с вращающимся полем статора и увлекаются за ним, пытаясь его догнать, и ротор проворачивается.

Основной принцип работы асинхронного двигателя, созданного в позапрошлом веке, остаётся актуальным и для современных электродвигателей. Только вместо дисковых и цилиндровых роторов стали использовать короткозамкнутые роторы по типу «беличья клетка» и фазные роторы. Также изменилась форма обмоток статора – вместо катушек с полюсными наконечниками теперь делают радиальные обмотки, уложенные в пазы.

Асинхронные двигатели хороши тем, что они не имеют скользящих контактов (ток в роторе индуцируется бесконтактно), а направление вращения легко поменять, изменив направление тока в одной из обмоток (поменяв фазы на клеммах мотора). Выше была рассмотрена работа статора с одной парой рабочих полюсов (двухполюсного с тремя обмотками). Количество оборотов в минуту такого электромотора равно частоте тока, т.е. 50 об/сек или 3000 об/мин. Изготавливают также 4-х и 6-ти полюсные электродвигатели с шестью и девятью обмотками соответственно. Частота вращения таких моторов составляет 1500 и 1000 об/мин.

Подведём итоги. Принцип действия асинхронного двигателя основывается на создании в обмотках статора вращающегося магнитного поля, которое пересекает контур ротора и индуцирует в нём электродвижущую силу. Поскольку он замкнут на коротко, то в нём возникает переменный ток. Магнитное поле этого тока вместе с вращающимся магнитным полем статора создают крутящий момент. Ротор начинает крутиться и пытается сравнять свою скорость со скоростью убегающего поля статора. Но как только частота вращения ротора совпадёт с частотой вращения магнитного поля статора, в роторе затухнут все электромагнитные процессы и крутящий момент станет равным нулю. Ротор начинает отставать и магнитное поле статора снова начинает возбуждать контур ротора. Этот процесс будет повторяться всё снова и снова. Таким образом, частота вращения ротора стремится догнать частоту вращения магнитного поля статора, но всё время отстаёт, т.е. вращается не синхронно, а значит асинхронно.

Читать еще:  Что такое гидроудар в двигателе ваз

В станкостроении асинхронные двигатели не заменимы. Ни какой другой тип электромоторов не имеет такой высокой износоустойчивости и универсальности. Поэтому такое оборудование как станок для сетки рабицы, правильно-отрезной и просечно-вытяжной станки, выпускаемые на нашем предприятии, оснащены именно асинхронными электроприводами. На видео хорошо объясняется принцип работы асинхронного электродвигателя, его устройство и отличительные особенности

Принцип работы асинхронного электрического двигателя

Теория электромагнетизма, ключевая для процессов, происходящих в электрическом двигателе, является слишком сложной, поэтому, чтобы понять принцип действия электродвигателя в общем, будет достаточно упрощённого объяснения теоретических основ.

Для последовательного перехода к пониманию превращения электрической энергии в механическую, необходимо освежить в памяти базовые понятия из школьного курса физики:

  • Вокруг намотанного на катушку проводника при протекании внутри него постоянного электрического тока возникает электромагнитное поле, идентичное по характеристикам полю обычного магнита;
  • Сердечник из железа и его сплавов, помещённый внутрь катушки, улучшает прохождение электромагнетического потока, что усиливает магнитные взаимодействия;
  • Переменный ток в катушке всё время перемагничивает сердечник, называемый магнитопроводом, изготовляемым из специальной электромагнитной стали;
  • Движение проводника поперек магнитных линий индуцирует в нём электродвижущую силу (ЭДС);
  • Магнитный поток передаётся между двумя магнитопроводами через небольшой воздушный зазор;

Принцип действия статора

Катушки асинхронного электродвигателя называют обмотками, которые располагаются в пазах статора. У трехфазных асинхронных моторов имеются одинаковые фазные обмотки, размещённые симметрично друг к другу, и их оси образуют угол 120º.

Синусоида каждой фазы обмотки двигателя

Как известно, синусоида тока каждой фазы, относительно предыдущей, сдвинута на треть периода, из-за чего силы магнетических потоков в обмотках изменяются по такому же принципу. Сложив векторы направленности электромагнетического поля в отдельно взятый момент времени, можно получить суммарный магнитный поток.

Складывая данные векторы через разные интервалы периода можно заметить, что направление суммарного магнитного потока вращается синхронно колебаниям тока. Данные вращения магнетического потока можно рассматривать как вращающийся постоянный подковообразный магнит.

Таким образом, принцип работы двигателя переменного тока (синхронного или асинхронного) состоит в создании вращающегося электромагнитного поля статора.

Принцип синхронного вращения

Если для опыта подковообразный магнит прикрепить на ось вращения, то любой металлический предмет, закреплённый между полюсами на независимой оси, будет двигаться синхронно. Логично будет поместить в центр статора с трехфазными обмотками ротор в виде постоянного магнита, чтобы получить синхронный электродвигатель.

Синхронный электродвигатель

Но, даже если использовать мощные современные магниты, вихревые токи, образующиеся при переменном электромагнитном поле, будут нагревать ротор, тем самым лишая его магнитных свойств, которые зависят от температуры постоянного магнита. В отношении статора данную проблему решили, собрав сердечник в виде пластин из специальной электротехнической стали.

Статор собран из листов электротехнической стали . а) Собранный вид , б) сам статор

Собрать таким способом ротор в виде пластинчатого постоянного магнита невозможно, поэтому использовали катушки возбуждения, являющиеся постоянным электромагнитом. Данный принцип действия электродвигателя является синхронным – роторный вал движется синхронно с электромагнитным полем статора, пребывающим во вращении.

Принцип действия асинхронного двигателя

В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором нужно выделить два ключевых момента:

  • Индукция электрического тока в короткозамкнутых витках обмотки ротора, из-за вращающегося электромагнитного поля статора;
  • Возникновение магнитного потока роторных обмоток, взаимодействующего с пребывающим во вращении магнитным полем статора.

Рассмотреть процессы возникновения магнетического поля ротора нужно с момента запуска двигателя. Электромагнитное поле статора начинает вращение сразу же после подачи напряжения на статорные обмотки. Вал ротора находится в это время в состоянии покоя, и в его витках индуцируется переменный ток с частотой вращения поля.

В каждый момент времени, при прохождении полюса вращающегося электромагнитного поля около отдельно взятого короткозамкнутого витка, в нём создаётся взаимодействующее магнитное поле, которое стремится притянуть роторный виток вслед удаляющемуся полюсу движущегося электромагнитного поля.

Данные процессы происходят во всех короткозамкнутых витках при вращении поля вокруг них, из-за чего появляется суммарный вращательный момент роторного вала. Таким образом, принцип работы электродвигателя асинхронного типа состоит во взаимодействии электромагнитных полей статора и ротора.

Эффект скольжения

По мере набора оборотов валом двигателя, частота пересечения короткозамкнутых роторных витков силовых линий вращающегося магнитного потока будет уменьшаться. Вал двигателя будет стремиться догнать вращающееся поле.

Но, как только роторный вал и статорное поле установятся в состоянии покоя относительно друг друга, короткозамкнутые витки перестанут пересекать силовые линии электромагнитного поля, а значит, в них не будет индуцироваться электрический ток. Исчезновение ЭДС в витках ротора приведёт к потере момента вращения. Данное состояние электродвигателя называют идеальным холостым ходом.

Читать еще:  Irbis ttr 125 тюнинг двигателя

Но в реальных условиях, сила трения будет приводить к потере инерции, и ротор электродвигателя будет запаздывать по отношению к пребывающему во вращении статорному полю, что вызовет возникновение ЭДС в короткозамкнутых витках из-за их пересечения силовых линий магнитного потока.

Данный эффект называют скольжением ротора относительно поля статора, с которым он никогда не сможет установиться в состоянии покоя и вращаться с ним синхронно.

Поэтому такие двигатели называют асинхронными (не синхронными). Иными словами, принцип работы двигателя с короткозамкнутым ротором состоит в эффекте скольжения, являющегося необходимым для возникновения ЭДС в роторных витках.

Оптимальный режим скольжения

Очевидно, что максимальная ЭДС в короткозамкнутых витках будет наводиться в момент запуска, но шихтованный роторный магнитопровод не рассчитан на столь частое перемагничивание, поэтому в данном режиме КПД электродвигателя и его вращательный момент будет низким.

С другой стороны, при приближении к синхронному движению роторного вала и поля статора, ЭДС будет приближаться к нулю, что также приведёт к исчезновению момента. Поэтому асинхронный электродвигатель, имеющий короткозамкнутые роторные витки, рассчитывают таким образом, чтобы коэффициент скольжения


составлял 2÷5%. В данных пределах характеристики мотора будут максимальными.

118. Принцип действия асинхронного двигателя

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного тока ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е2, частота которой f2 равна частоте тока f1 в обмотке статора.

Э. д. с, индуктированная в фазе обмотки ротора, определится по формуле:

где — обмоточный коэффициент, учитывающий уменьшение э. д. с. ротора вследствие геометрического сложения э. д. с, наводимых в отдельных его проводах, и укорочения шага обмоткн ротора;

f2 — частота тока в обмотки ротора;

— число витков обмотки фазы ротора;

Фm— максимальное значение магнитного потока статора.

Под действием э. д. с E2s в обмотке ротора будет протекать ток I2, величину которого можно определить по формуле:

где г2 — активное сопротивление фазной обмотки ротора;

x2s — индуктивное сопротивление рассеяния фазы роторной обмотки.

Индуктивное сопротивление рассеяния x2s зависит от частоты тока н определяется по формуле:

где L 2s —индуктивность рассеяния фазы обмотки ротора.

В момент пуска, когда ротор еще неподвижен, частота тока в обмотке ротора наибольшая (f2=f1) и поэтому индуктивное сопротивление x2s имеет наибольшее значение. Так как э. д. с. Е2, индуктированная в обмотке ротора в момент пуска, имеет максимальное значение, то ток в обмотке ротора I 2 в этот момент превышает величину номинального тока двигателя в 2—7 раз. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создают вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора. В этом заключается принцип действия асинхронного двигателя.

Очевидно, что ротор при своем вращении не может догнать вращающееся магнитное поле статора. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле статора, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с полем статора и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля статора. Однако при этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем статора и на ротор снова будет воздействовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться асинхронно (не в такт с магнитным полем), почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Если через n1 обозначить скорость вращения вращающегося магнитного поля статора (синхронная скорость), а через n2— скорость вращения ротора двигателя, то скорость его относительно вращающегося поля статора будет равна разности:

Число, показывающее, во сколько раз относительная скорость ротора меньше скорости вращающегося магнитного поля статора, называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.

Таким образом, скольжение будет равно:

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно.

Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.

Пример. Определить скольжение в процентах для шестиполюсного асинхронного двигателя, если ротор его делает 960 об/мин.

Таким образом, асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n n1 (холостой ход) и, соответственно, скольжение от S= + 1 до S=0

При номинальной нагрузке двигателя малой мощности их скольжение бывает равно 3—6°/», а двигателей большой мощности— 1—3°/о.

С изменением скорости вращения двигателя изменяется частота э. д. с. и токов в обмотке ротора, что видно из уравнения

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых оборотах сенс

Рассмотрев работу асинхронного двигателя, проведем аналогию между ними н трансформатором. Как двигатель, так и трансформатор имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной — обмотка ротора. В момент пуска (или при заторможенном роторе) обе обмотки неподвижны и частота токов в обеих обмотках одинакова. Изменение режима работы вторичной обмотки трансформатора отражается на работе его первичной обмотки. Такая же картина наблюдается при работе асинхронного двигателя.

Увеличение нагрузки на валу двигателя вызывает увеличение тока в обмотке ротора. Благодаря магнитной связи между обмотками ротора и статора увеличение тока в обмотке ротора вызывает увеличение тока в обмотке статора. Следовательно, по амперметру, включенному в цепь статора, можно судить о нагрузке двигателя.

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается в конструкции магнитной цепи. У двигателя первичная и вторичная цепи разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой находятся во вращении. Частота э. д. с. и тока ротора меняется с нагрузкой двигателя, чего не бывает у трансформатора.

Асинхронный двигатель – принцип работы и особенности управления

Среди всех электродвигателей следует особо отметить асинхронный двигатель, принцип работы которого основан на взаимодействии магнитных полей статора с электрическим током, наводящимся с помощью этого поля в обмотке ротора. Вращающееся магнитное поле создается с помощью трехфазного переменного тока, проходящего по обмотке статора, включающего в себя три группы катушек.

Асинхронный двигатель – принцип работы и применение

Принцип действия асинхронного двигателя основан на возможности передачи электрической энергии в механическую работу для какой-либо технологической машины. При пересечении замкнутой обмотки ротора магнитное поле наводит в ней электрический ток. В результате вращающееся магнитное поле статора взаимодействует с токами ротора и вызывает возникновение вращающегося электромагнитного момента, который и приводит ротор в движение.

Кроме того, механическая характеристика асинхронного двигателя основана на его работе в двух вариантах. Он может работать как генератор или электродвигатель. Благодаря этим качествам, его, чаще всего, используют как передвижной источник электроэнергии, а также во многих технологических приборах и оборудовании.

Рассматривая устройство асинхронного двигателя, следует отметить его пусковые элементы, состоящие из пускового конденсатора и пусковой обмотки с повышенным сопротивлением. Они отличаются своей дешевизной и простотой, не требуют дополнительных фазосдвигающих элементов. В качестве недостатка необходимо отметить слабую конструкцию пусковой обмотки, которая нередко выходит из строя.

Устройство асинхронного двигателя и правила обслуживания

Схема пуска асинхронного двигателя может быть улучшена за счет последовательного включения с обмоткой пускового конденсатора. После отключения конденсатора происходит полное сохранение всех характеристик двигателя. Очень часто схема включения асинхронного двигателя имеет рабочую обмотку, разбиваемую на две последовательно соединяемые фазы. При этом пространственный сдвиг осей находится в пределах от 105 до 120 градусов. Для тепловых вентиляторов применяются двигатели с наличием экранированных полюсов.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя требует проведения ежедневного осмотра, внешней очистки и крепежных работ. Два раза в месяц и более двигатель должен продуваться изнутри с помощью сжатого воздуха. Особое внимание следует обращать на смазку подшипников, которая должна соответствовать конкретному типу двигателя. Полная замена смазки производится дважды в течение года, с одновременной промывкой подшипников бензином.

Принцип действия асинхронного двигателя – его диагностика и ремонт

Для того чтобы управление трехфазным асинхронным двигателем осуществлялось удобно и долго, необходимо следить за шумом подшипников во время работы. Следует избегать свистящих, хрустящих или царапающих звуков, свидетельствующих о недостатке смазки, а также глухих ударов, указывающих на то, что обоймы, шарики, сепараторы могут быть поврежденными.

В случае возникновения нетипичного шума или перегревания, подшипники в обязательном порядке подвергаются разборке и осмотру. Происходит удаление старой смазки, после чего производится промывка бензином всех деталей. Перед тем как посадить на вал новые подшипники, они должны быть предварительно прогреты в масле до нужной температуры. Новая смазка должна заполнять рабочий объем подшипника примерно на одну третью часть, равномерно распределяясь по всей окружности.

Состояние контактных колец заключается в систематической проверке их поверхности. В случае их поражения ржавчиной применяется зачистка поверхности мягкой наждачной бумагой и протирание керосином. В особых случаях делается их расточка и шлифовка. Таким образом, при нормальном уходе за двигателем он сможет отслужить свой гарантийный срок и проработать намного больше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector