Асинхронный электродвигатель устройство и принцип действия: Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

Содержание

1. Устройство асинхронного электродвигателя
2. Принцип работы асинхронного двигателя
3. Преимущества асинхронных двигателей

Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

Устройство асинхронного электродвигателя

В его конструкцию входят следующие элементы:

• Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
• Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
• Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

Пошагово процесс выглядит следующим образом:

1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

• Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
• Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
• Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
• Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Асинхронные электродвигатели: схема, принцип работы и устройство

Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают). 

В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.

Устройство и принцип действия

Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.

Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.

Асинхронный двигатель

Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.

Виды асинхронных двигателей

Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:

• 1-фазный – с короткозамкнутым ротором
• 3-х фазный – с короткозамкнутым ротором
• 3-х фазный – с фазным ротором

Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.

Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.

Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?

Преимущества короткозамкнутого:

• Более-менее постоянная скорость вне зависимости от разных нагрузок
• Допустимость кратковременных механических перегрузок
• Простая конструкция, легкость пуска и автоматизации
• Более высокие cos φ (коэффициент мощности) и КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором

Недостатки:

• Трудности в регулировании скорости вращения
• Большой пусковой ток
• Низкий мощностной коэффициент при недогрузках

Преимущества фазного:

• Высокий начальный вращающий момент
• Допустимость кратковременных механических перегрузок
• Более-менее постоянная скорость при разных перегрузках
• Меньший пусковой ток, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором
• Возможность использования автоматических пусковых устройств

Недостатки:

• Большие габариты
• Коэффициент мощности и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Какой двигатель лучше выбрать?

Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя. В пользу асинхронных моделей говорят их следующие преимущества.

• Относительно небольшая стоимость
• Низкие эксплуатационные затраты
• Отсутствие необходимости в преобразователях при включении в сеть (только для нагрузок, не нуждающихся в регулировании скорости)
• Отсутствие потребности в дополнительном источнике питания – в отличие от синхронных аналогов

Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:

• Малый пусковой момент
• Высокий пусковой ток
• Отсутствие возможности регулировки скорости при подключении к сети
• Ограничение максимальной скорости частотой сети
• Высокая зависимость электромагнитного момента от напряжения питающей сети
• Низкий мощностной коэффициент – в отличие от синхронных агрегатов

Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.

Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:

• Высокий пусковой ток
• Слабый пусковой момент
• Рассинхрон между механическим моментом на валу привода и механической нагрузкой (это провоцирует высокий рост силы тока и избыточные нагрузки при запуске, а также снижение КПД при пониженной нагрузке)
• Невозможность точной регулировки скорости работы прибора

Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:

• степень загрузки двигателя по отношению к номинальной
• конструкция и модель
• степень износа
• отклонение напряжения в сети от номинального.

Как избежать снижения КПД?

• Обеспечение стабильного уровня загрузки – не ниже 75%
• Увеличение мощностного коэффициента
• Регулировать напряжение и частоту подаваемого тока

Для этого используются:

• Частотные преобразователи – они плавно изменяют скорость вращения двигателя путем изменения частоты питающего напряжения
• Устройства плавного пуска – они ограничивают скорость нарастания пускового тока и его предельное значение, как одни из факторов, из-за которых падает КПД

Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.

Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия. – motors33.ru

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

Асинхронный электродвигатель переменного тока

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую энергию. Это – одно из самых важных электротехнических устройств, без которого немыслима жизнь современного человечества.

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы

Если проводник с током поместить в магнитное поле, то он придет в движение. Это продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей, потом этот принцип был положен в основу работы электродвигателя.

Если поместить рамку с током в поле постоянного магнита, то на нее будет действовать сила, поворачивая вокруг оси вращения. Движение будет осуществляться до тех пор, пока система не придет в равновесие. В этот момент нужно изменить полярность тока в рамке, и движение продолжится. Постоянно меняя полярность тока в рамке, можно получить ее непрерывное вращение. Для этого ток в нее подается через контактные пластины на валу, называемые коллектором, соединенный с источником питания через подпружиненные щетки. При вращении пластины коллектора получают питание то от положительного полюса источника, то от отрицательного.

Коллекторы современных двигателей постоянного тока имеют большое число выводов (ламелей), что позволяет им работать устойчивее и достигать больших скоростей вращения. Питание к ним подводится через графитовые или медно-графитовые щетки.

Якорь с коллектором

Постоянные магниты, в силу непостоянства их магнитного потока, заменяют электромагнитами, обмотки которых располагают в неподвижной части двигателя, называемой статором. Вращающуюся же часть электродвигателя с обмоткой постоянного тока называют якорем.

Статор и якорь имеют сердечники для усиления электромагнитных свойств. Их изготавливают наборными из тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным термостойким лаком. Это снижает потери на вихревые токи, нагревающие сердечники и снижающие коэффициент полезного действия двигателя. Сердечники имеют сложную форму. В них сделаны пазы, в которые укладываются обмотки.

Принцип работы асинхронного электродвигателя переменного тока

Переменный ток для электродвигателей удобен тем, что можно отказаться от коллекторных схем, изменяющих фазу тока в обмотке на валу двигателя, называемой уже не якорем, а ротором. На переменном токе она сама изменяется по синусоидальному закону. Но есть и сложность: магнитное поле статора тоже изменяется по синусоидальному закону. Поэтому обмотки статора разных фаз разделяется на несколько частей и располагаются в пространстве в определенном порядке.

Принцип работы двигателя переменного тока немного отличается от постоянного. Вращающееся по кругу магнитное поле статора создает магнитный поток, за счет которого в обмотке ротора создается ЭДС. Проводники обмотки замкнуты накоротко, поэтому по ним течет ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с током в короткозамкнутом роторе приводит к его вращению.

При этом скорость, с которой вращается ротор меньше скорости вращения магнитного поля в статоре. Поэтому эти двигатели и называют асинхронными.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Если обмотки ротора выполнить не короткозамкнутыми, а вывести их концы на контактные кольца, то получится электродвигатель с фазным ротором. Включая в цепь ротора резисторы, можно регулировать скорость вращения. Это позволяет применять такие двигатели на кранах и экскаваторах. Все мощные асинхронные электродвигатели тоже имеют фазный ротор. Плавное или ступенчатое изменение величины сопротивления в цепи ротора во время пуска позволяет снизить пусковые токи и плавно разгонять приводимый во вращение агрегат.

Фазный ротор асинхронного электродвигателя

Принцип действия синхронного электродвигателя переменного тока

Как видно из названия, ротор этого электродвигателя вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора, подключенного к сети переменного тока. В ротор же через контактные кольца и щетки подается постоянный ток, называемый током возбуждения. Регулируя величину тока в роторе, можно менять режим работы электродвигателя.

При определенных параметрах возбуждения получается режим, когда синхронный двигатель начинает отдавать в сеть реактивную мощность. Это – полезное свойство, позволяющее отказаться от применения установок компенсации реактивной мощности на предприятиях, где работают такие двигатели.

Однофазные электродвигатели переменного тока

Самая распространенная конструкция однофазного электродвигателя включает в себя обмотку на статоре и последовательно соединенную с ней обмотку якоря. Соединение происходит через щетки и коллектор якоря с большим количеством ламелей. Обмотки расположены так, что при взаимодействии подключенной в данный момент к цепи обмотки якоря с магнитным полем статора создается вращающий момент. Якорь поворачивается, и подключенной оказывается следующая обмотка. За счет этого момент вращения всегда остается постоянным.

Другая конструкция использует ротор с короткозамкнутыми обмотками и две обмотки на статоре. Одна из них включается через конденсатор, создающий при работе электродвигателя сдвиг фаз между токами и напряжениями в обмотках. Получается некоторое подобие асинхронного электродвигателя, но работающего не на трех, а на двух «фазах».

Оцените качество статьи:

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.

Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется «беличьей клеткой». Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.

Получение вращающегося магнитного поля

Обмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Пуск асинхронных двигателей

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов — для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.

Способы торможения двигателей

При торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.

Однофазный асинхронный двигатель. Назначение, устройство, принцип действия.

Однофазные асинхронные двигатели — машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).

Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга на угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Схема включения однофазного асинхронного двигателя

Рис. 1

Это поле можно представить двумя составляющими — одинаковыми круговыми магнитными полями прямой и обратной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в противоположные стороны с одной и той же скоростью. Однако при предварительном разгоне ротора в необходимом направлении он при включенной рабочей фазе продолжает вращаться в том же направлении.

По этой причине пуск однофазного двигателя начинают с разгона ротора путем нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые сдвинуты по фазе на величину, зависящую от параметров фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки или конденсатора, и элементов электрических цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине вращающееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая периодически и монотонно изменяется в пределах максимального и минимального значений, а конец ее вектора описывает эллипс.

Это эллиптическое вращающееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазного двигателя в направлении вращения поля, и он в течение нескольких секунд достигает почти номинальной скорости.

Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазный, поддерживаемый в дальнейшем соответствующей составляющей переменного магнитного поля, которая при своем вращении несколько опережает вращающийся ротор из-за скольжения.

Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазного асинхронного двигателя от питающей сети необходимо в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим кратковременный режим работы — обычно до 3 с, что исключает длительное пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.

Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Рис. 2: а, в — соединение для правого вращения ротора; б, г — соединение для левого вращения ротора

Повышение надежности эксплуатации однофазных асинхронных двигателей обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и теплового реле с аналогичными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).

Центробежный выключатель автоматически отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а тепловое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.

Перемена направления вращения ротора достигается изменением направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске путем переключения пусковой кнопки и перестановки металлической пластины на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) или только перестановкой двух аналогичных пластин (рис. 2, в, г).

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. АЭ-92

Предмет: «Электрические машины»
Тема: «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. АЭ-92»
Профессия: «Машинист электровоза»
Ярославское подразделение Северного УЦПК
1 | Преподаватели ОАО «РЖД» Коркина И.В. | 2018
Цель
Изучить
назначение,
устройство, принцип действия и
технические
характеристики
асинхронных
двигателей
компрессоров и вентиляторов.
2 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
План занятия
1.
2.
3.
4.
5.
Устройство асинхронного двигателя.
Вращающееся магнитное поле статора.
Назначение и устройство АЭ-92.
Принцип действия асинхронного двигателя.
Скольжение асинхронного двигателя.
3 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора.
Статор включает в себя корпус, подшипниковые щиты,
сердечник и обмотку.
Ротор включает в себя вал, сердечник и обмотку.
Сердечники и статора и ротора выполняются из листов
электротехнической стали. В зависимости от типа обмотки
ротор может быть фазным и короткозамкнутым.
4 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка статора состоит из отдельных катушек,
объединенных в группы по числу фаз. В каждой фазе катушки
электрически соединены.
Начала и концы фаз выводятся к
шести зажимам для того, чтобы
можно было подключать обмотку
статора по схеме «звезда» или
«треугольник».
При
последовательном
согласном
соединении каждые три катушки
дают пару полюсов.
5 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
6 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
7 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка короткозамкнутого ротора имеет вид беличьей
клетки. Она выполнена из медных или алюминиевых стержней,
замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни
обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без изоляции, т.к.
напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю.
Достоинствами двигателей с короткозамкнутым ротором
являются простота конструкции и надежность в эксплуатации.
Недостатки – большой пусковой ток и сравнительно малый
пусковой момент.
8 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
а — беличья клетка, б — ротор с беличьей клеткой из стержней, в — ротор
с литой беличьей клеткой, 1 — короткозамыкающие кольца, 2 — стержни,
3 — вал, 4 — сердечник ротора, 5 — вентиляционные лопасти, 6 —
стержни литой клетки
9 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель с
короткозамкнутым
ротором:
1 – вал ротора;
2 – крышка подшипника;
3 – подшипник;
4 – подшипниковый щит;
5 – корпус;
6 – обмотка статора;
7 – сердечник статора;
8 – короткозамкнутый
ротор;
9 – вентилятор;
10 – кожух; 11 – коробка
выводов;
12 – выводы обмотки
статора;
13 – обмотка ротора.
10 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Обмотка фазного ротора состоит из трех, шести, девяти т.д.
катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна
относительно другой на 120º (в двухполюсной машине), 60º (в
четырехполюсной) и т.д.
С одной стороны контакты проводников
фазного ротора соединяются вместе в
общую точку («звезда»), а противоположные
концы выводятся на контактные кольца, к
которым посредством щеток подключают
трехфазный реостат.
Достоинством двигателей с фазным ротором
является
большой
пусковой
момент.
Недостаток – сложность конструкции
11 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Подключение внешнего сопротивления в обмотку ротора используется для
облегчения пуска двигателя и для контроля скорости двигателя. По мере
пуска добавочное сопротивление в обмотке ротора уменьшают. Это
происходит или плавно, или ступенчато, в зависимости от используемой
пусковой аппаратуры.
12 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный
двигатель
с
фазным
ротором:
1, 7 – подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 – корпус; 4сердечник статора с
обмоткой; 5 – ротор; 8 – вал; 9 – коробка выводов; 10 – лапы; 11 – контактные
кольца.
13 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Устройство асинхронного двигателя
14 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
Электрические машины переменного тока подразделяются на два
основных вида: асинхронные и синхронные. Принцип действия этих машин
основан на использовании вращающегося магнитного поля.
В двухполюсной машине переменного тока вращающееся поле
создается при питании трехфазным током трех катушек (фаз) оси которых,
сдвинуты одна относительно другой в пространстве на 120°.
15 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
16 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Вращающееся магнитное поле
Продолжая рассматривать процесс прохождения токов,
по катушкам обмотки статора, можно легко доказать, что в
течение одного периода изменения тока магнитный поток
машины, а следовательно, и находящийся в ее поле магнит
повернутся на один оборот.
Т.о., при питании трехфазным током трех катушек,
сдвинутых одна относительно другой на угол 120°, возникает
магнитное поле, вращающееся в пространстве с постоянной
частотой вращения.
17 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Асинхронный двигатель АЭ92-4/02.
А – асинхронный;
Э – электровозный;
9 – диаметр сердечника статора 900 мм;
2 – длина сердечника статора 200 мм;
4 – число полюсов рабочих обмоток.
Асинхронный
трёхфазный
электродвигатель
с
короткозамкнутым ротором служит приводом главных
компрессоров и центробежных вентиляторов электровозов
переменного тока.
18 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Техническая характеристика:
Напряжение линейное
В
380
Ток фазный
А
90
Мощность
кВА
40
Гц
50
об/мин
1425
КПД
—
0,855
Масса
кг
390 – 400
Частота тока
Частота вращения ротора
19 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Состоит из стальной сварной станины образованной
из двух торцовых колец приваренных к продольным рёбрам и
обшивки. В станине закреплён сердечник статора состоящий
из шихтованных листов электротехнической стали, в пазах
которой уложена обмотка.
Обмотка статора состоит из жёстких пропитанных
катушек (медь прямоугольного сечения) которая в пазах
статора закреплены клиньями. Изоляция обмотки применена
класса Н, 6 выводов обмотки статора начало и конец
закреплены в коробке выводов, расположенной на станине
( две пары полюсов). Вывода соединены по схеме звезда.
20 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Ротор состоит из шихтованного сердечника так же набранного
из листов электротехнической стали. Пазы сердечника залиты
алюминиевым сплавом который образует короткозамкнутую
обмотку в виде «беличьего» колеса. В сердечнике ротора
имеются осевые вентиляционные каналы. Ротор вместе с валом
вращается в подшипниках установленных в капсулах
подшипниковых щитов.
Подшипниковые щиты крепят болтами к торцовым кольцам.
Подшипники закрывают крышками для защиты от пыли и
грязи. Подшипниковые щиты стальные, сварные, имеют
вентиляционные окна с сетками. К щиту крепятся 2
лабиринтные крышки (внутренняя и наружная) которые в
системе образуют капсулу для подшипников. В капсулу
заправляют смазку.
21 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
Внутри двигатель снабжён вентилятором. Вентилятор
центробежный, с радиальными лопатками и направляющим
диском, обтекаемой формы отлит из алюминиевого сплава.
Вентилятор засасывает воздух с противоположной стороны
через окна и отверстия в подшипниковом щите. Поступающий
воздух охлаждает лобные части обмоток статора, после чего
выбрасывается наружу через окна в подшипниковом щите.
22 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Назначение и устройство АЭ-92
23 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Принцип действия асинхронного двигателя
U→ВМП→ЭДС в обм. ротора→iрот.→Fэл.магн. →М→
→ ротор вращается в ту же сторону, что и МП статора
Частота вращения магнитного поля статора обозначается – n1, и
определяется по формуле:
60 f
n1
P
где: f – частота питающего тока
P – число пар полюсов
60 – коэффициент перевода единиц измерения из об/сек в
об/мин
24 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Принцип действия асинхронного двигателя
Колтво
стат.
обм.
3
Кол-во
пар
полюсо
в (Р)
1
Подсчет Значение
n1
по n1
формуле ( об/мин)
Примечание
60×50/1
3000
2
60×50/2
1500
3
60×50/3
1000
3 обмотки по кругу занимают пространство
3600, поэтому за один период изменения
тока магнитное поле повернется на 3600.
3 обмотки из 6 по кругу занимают
пространство 1800, поэтому за один период
изменения тока магнитное поле повернется
на1800.
3 обмотки из 9 по кругу занимают
пространство 1200, поэтому за один период
изменения тока магнитное поле повернется
на1200.
6
9
Каждые 3 обмотки у асинхронного двигателя приравнивается к одной паре полюсов
25 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Скольжение асинхронного двигателя
Частота
вращения
ротора
обозначается
–
n2
Для того, чтобы на валу ротора создавался вращающий момент,
необходимо
выполнение
данного
условия:
n2‹n1
Поэтому такие двигатели называются асинхронными. Приставка
«а» означает «не», то есть несинхронные двигатели.
Отставание ротора от магнитного поля статора характеризуется
скольжением (S). Скольжение определяется по данной
формуле:
.
n1 n2
S
100%
n1
26 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Скольжение асинхронного двигателя
Скольжение показывает, на сколько процентов частота вращения
ротора меньше частоты вращения магнитного поля статорных
обмоток. Значение n2 при определенном скольжении для
различных асинхронных двигателей приведены в таблице:
Количест Количество
во
пар полюсов
статорных (Р)
обмоток
3
1
6
2
9
3
27 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
n1 (об/мин) S (%)
3000
1500
1000
n2 (об/мин)
4
4
4
2880
1440
960
Домашнее задание
1. А.В. Грищенко «Электрические машины и преобразователи
подвижного состава», стр. 215-220.
2. А.А. Дайлидко «Электрические машины тягового
подвижного состава », стр. 119-141, 143-146.
3. Работа с конспектом.
4. Подготовка к опросу по пройденному материалу.
28 | Преподаватели ОАО «РЖД» | 2018
Спасибо за внимание
Желаю успехов!
29
| преподаватели ОАО «РЖД» | 2018

Каков принцип работы асинхронного двигателя | by Starlight Generator

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель, также известный как «асинхронный двигатель», представляет собой устройство, которое помещает ротор во вращающееся магнитное поле и получает вращающий момент под действием вращающегося магнитного поля. поле, тем самым вращая ротор.

Статор — это не вращающаяся часть двигателя. Основная задача — создать вращающееся магнитное поле.Вращающееся магнитное поле не достигается механически. Вместо этого он соединен с парой электромагнитов переменным током, так что его свойства магнитного полюса меняются циклически, поэтому он эквивалентен вращающемуся магнитному полю.

Принцип работы

Вращающееся магнитное поле, создаваемое статором (скорость вращения — это синхронная скорость вращения n1) и относительное движение обмотки ротора, линия магнитной индукции, режущая обмотку ротора, создает наведенную электродвижущую силу, тем самым генерирование индуцированного тока в обмотке ротора.Индуцированный ток в обмотке ротора взаимодействует с магнитным полем, создавая электромагнитный момент, который заставляет ротор вращаться. Поскольку индуцированный ток постепенно уменьшается по мере того, как скорость ротора постепенно приближается к синхронной скорости, генерируемый электромагнитный крутящий момент также соответственно уменьшается. Когда асинхронный двигатель работает в состоянии двигателя, скорость ротора меньше синхронной скорости.

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателей переменного тока. Разница между этими двумя типами заключается в том, что синхронный двигатель вращается со скоростью, привязанной к частоте сети, поскольку он не полагается на индукцию тока для создания магнитного поля ротора. Напротив, асинхронный двигатель требует скольжения: ротор должен вращаться немного медленнее, чем переменный ток, чтобы вызвать ток в обмотке ротора.

Маленькие синхронные двигатели используются в устройствах синхронизации, таких как синхронные часы, таймеры в приборах, магнитофонах и прецизионных сервомеханизмах, в которых двигатель должен работать с точной скоростью; Точность скорости — это точность частоты линии электропередачи, которая тщательно контролируется в крупных взаимосвязанных сетевых системах.

Синхронные двигатели доступны от самовозбуждающихся субфракционных размеров в лошадиных силах до мощных промышленных размеров.

Starlight Power обеспечивает синхронный генератор мощностью от 20 до 2500 кВт различных производителей, таких как Stamford, Siemens, Marathon, Engga, Leroy-Somer и генератор переменного тока Starlight. Свяжитесь с нами по электронной почте: [email protected]

В диапазоне дробных лошадиных сил большинство синхронных двигателей используются там, где требуется точная постоянная скорость. Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется точное время.В промышленных масштабах большой мощности синхронный двигатель выполняет две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в работу. Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности и тем самым обеспечивать коррекцию коэффициента мощности.

Как работает двигатель электромобиля — Easy Electric Life

Что такое электродвигатель?

Двигатель электромобиля работает с использованием физического процесса, разработанного в конце 19 века. Он заключается в использовании тока для создания магнитного поля в неподвижной части машины («статоре»), смещение которого приводит в движение вращающуюся часть («ротор»). Мы более подробно рассмотрим эти две части и многое другое ниже.

Принцип электродвигателя

В чем разница между двигателем и двигателем? Эти два слова часто используются как синонимы. Поэтому важно с самого начала различать их. Несмотря на то, что в настоящее время он используется как почти синоним, в автомобильной промышленности термин «двигатель» относится к машине, которая преобразует энергию в механическую энергию (и, следовательно, в движение), в то время как «двигатель» делает то же самое, но специально использует тепловую энергию. энергия.Поэтому, говоря о преобразовании тепловой энергии в механическую, мы имеем в виду горение, а не электрическое.

Другими словами, двигатель — это тип двигателя. Но мотор — это не обязательно двигатель. В случае с электромобилями, поскольку механическая энергия создается из электричества, мы используем слово «двигатель» для описания устройства, которое заставляет электромобиль двигаться (также известного как тяга).

Как двигатель электромобиля работает внутри электромобиля?

Теперь, когда мы знаем, что мы говорим о двигателях, а не двигателях, как двигатель работает внутри электромобиля?

В наши дни электродвигатели можно найти во многих бытовых устройствах. Те, которые используют двигатели постоянного тока (DC), имеют довольно простые функции. Двигатель подключен непосредственно к источнику энергии, и его скорость вращения напрямую зависит от силы тока. Хотя эти электродвигатели просты в производстве, они не соответствуют требованиям к мощности, надежности или размеру электромобиля, хотя вы можете обнаружить, что они приводят в действие дворники, окна и другие более мелкие механизмы внутри автомобиля.

Статор и ротор

Если вы хотите понять, как работает электромобиль, вам необходимо ознакомиться с физическими элементами его электродвигателя.И он начинается с понимания принципов работы двух его основных частей: статора и ротора. Разницу между ними легко запомнить: статор неподвижен, а ротор вращается. В двигателе статор использует энергию для создания магнитного поля, которое затем вращает ротор.

Итак, как работает двигатель, когда дело доходит до привода электромобиля ? Для этого мы должны обратиться к двигателям переменного тока (AC), которые требуют использования схемы преобразования для преобразования постоянного тока (DC), подаваемого батареей. Давайте подробнее рассмотрим два разных вида тока.

Электромобиль: переменный и постоянный ток

Прежде всего, если вы хотите понять, как работает электродвигатель электромобиля, вам необходимо знать разницу между переменного и постоянного тока (электронные токи).

Электричество проходит через проводник двумя способами. Переменный ток (AC) описывает электрический ток, при котором электроны периодически меняют направление. Постоянный ток (DC), как следует из названия, течет в одном направлении.

Аккумулятор в электромобиле работает от постоянного тока. Но когда дело доходит до главного двигателя электромобиля (который обеспечивает тягу для транспортного средства), эта энергия постоянного тока должна быть преобразована в переменный ток через инвертор.

Итак, что происходит, когда эта энергия достигает двигателя? Это зависит от того, используется ли в автомобиле синхронный или асинхронный двигатель.

Типы электродвигателей

В автомобильной промышленности существуют двигатели переменного тока двух типов: синхронные и асинхронные.Когда дело доходит до электромобиля, у синхронных и асинхронных двигателей есть свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.

Синхронные и асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, основан на статоре с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Это влечет ротор в бесконечную погоню, как если бы он безуспешно пытался догнать магнитное поле. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.

В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, его скорость вращения прямо пропорциональна частоте тока, который питает двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского движения, которое обычно требует регулярной остановки и запуска на низких скоростях.

И синхронные, и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, что означает, что они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время замедления.Это принцип рекуперативного торможения , который происходит от генератора.

Части электродвигателей

Давайте теперь подробнее рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателей или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до силового агрегата в целом.

Постоянные магниты

В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами. Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле.Преимущество постоянного электромотора в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются в различных промышленных целях: от ветряных генераторов, аккумуляторных инструментов и наушников до велосипедных динамо-машин и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!

Проблема в том, что цены на эти «редкие земли» очень волатильны.Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители упорно трудятся над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.

Синхронные двигатели с внешним возбуждением

Одно из этих решений, используемое Renault для New ZOE, включает изготовление магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием при сохранении отличного соотношения между массой двигателя и передаваемым крутящим моментом.

Гийом Фори, руководитель отдела проектирования завода Renault Cléon во Франции, дает представление о сложности и изобретательности двигателя New ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки катушек и пропитки. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения отношения веса к мощности и высокая скорость производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов ».

Электрическая трансмиссия

В электрическом транспортном средстве двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного блока, электрической трансмиссии , ансамбля, который заставляет электродвигатель работать.

Также в этом устройстве Power Electronic Controller (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядку аккумулятора. Наконец, он включает в себя редукторный двигатель, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.

Вместе эти элементы обеспечивают бесперебойную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, на дешевле на и приятно водить!

Авторские права: Pagecran

Читайте также

Электромобильность

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобильность

Все, что нужно знать о подключаемом гибридном автомобиле

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобильность

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Посмотреть больше

Введение в индукционный электродвигатель и электродвигатель переменного тока

Асинхронный электродвигатель — это электродвигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе электродвигателя, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.Один из наиболее распространенных электродвигателей, используемых в большинстве приложений, известен как асинхронный двигатель. Чаще всего используются трехфазные и однофазные асинхронные двигатели . Асинхронный электродвигатель также называют асинхронным электродвигателем, потому что он работает со скоростью, меньшей, чем синхронная скорость, которая представляет собой скорость вращения магнитного поля во вращающейся машине, и зависит от частоты и количества полюсов электродвигателя.

Принцип работы асинхронного двигателя / синхронного двигателя

Когда переменный ток подается на обмотку статора асинхронного двигателя, переменный ток начинает течь через статор или главную обмотку.Этот переменный ток создает переменный поток, называемый основным потоком. Этот основной поток также связывается с проводниками ротора и, следовательно, разрезает проводник ротора. Асинхронные электродвигатели работают по закону электромагнитной индукции Фарадея.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея , в роторе индуцируется ЭДС. Поскольку цепь ротора замкнута, ток начинает течь в роторе. Эти токи называют током ротора. Этот ток ротора создает свой собственный поток, называемый потоком ротора.Поскольку этот поток создается по принципу индукции, двигатель, работающий по этому принципу, получил название асинхронный двигатель . Теперь есть два потока, один из которых является основным, а другой называется потоком ротора. Эти два потока создают желаемый крутящий момент, необходимый двигателю для вращения. Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.

В асинхронный двигатель всегда работает со скоростью, меньшей, чем синхронная скорость, потому что вращающееся магнитное поле, которое создается в статоре, будет генерировать магнитный поток в роторе, который заставит ротор вращаться, но из-за отставания магнитного потока в роторе от магнитного потока в статоре, ротор никогда не достигнет скорости i своего вращающегося магнитного поля.е. синхронная скорость. В основном существует два типа асинхронного электродвигателя , которые зависят от входного источника питания: однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель.

Скольжение асинхронного двигателя / синхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя всегда вращается со скоростью, меньшей, чем синхронная скорость. Разница между потоком (Ns) и скоростью ротора (N) называется скольжением.

% скольжение = (Нс — Н) x 100 / Н

Скорость скольжения = Нс — Н

Различные типы асинхронных двигателей

ОДНОФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

• Двухфазные индукционные двигатели
• Индукционные электродвигатели с конденсаторным пуском двигатель
• Конденсатор пусковой конденсатор индукционный двигатель
• Асинхронный двигатель с экранированными полюсами •

ТРЕХФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

• Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором
• Асинхронный электродвигатель с контактным кольцом

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя 9020 Трехфазный асинхронный двигатель является наиболее широко используемым электродвигателем.Почти 80% механической энергии, используемой в промышленности, обеспечивается трехфазными асинхронными электродвигателями из-за их простой и прочной конструкции, низкой стоимости, хороших рабочих характеристик, отсутствия коммутатора и хорошего регулирования скорости. В трехфазном асинхронном электродвигателе мощность передается от статора к обмотке ротора посредством индукции. Электродвигатель индукционного типа также называется асинхронным двигателем , поскольку он работает со скоростью, отличной от синхронной.

Как и любой другой электродвигатель, асинхронные двигатели также имеют две основные части, а именно ротор и статор.

Статор: Как видно из названия, статор является неподвижной частью электродвигателя. Обмотка статора размещена в статоре асинхронных двигателей, и на нее подается трехфазное питание.

Ротор: Ротор — это вращающаяся часть асинхронного электродвигателя. Ротор связан с механической нагрузкой через вал. Ротор трехфазных асинхронных двигателей дополнительно классифицируется как ротор с короткозамкнутым ротором , ротор с контактным кольцом или ротор с фазной обмоткой или ротор с фазовой обмоткой.В зависимости от типа конструкции ротора трехфазный асинхронный двигатель классифицируется как: асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель с контактным кольцом, асинхронный двигатель с фазной обмоткой или асинхронный двигатель с фазной обмоткой.

УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ ИНДУКЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Скорость асинхронного двигателя можно легко регулировать, изменяя частоту трехфазного источника питания. Чтобы поддерживать постоянную (номинальную) плотность потока, приложенное напряжение также должно изменяться в той же пропорции, что и частота (как диктуется законом Фарадея).Этот метод управления скоростью электродвигателя известен как вольт на Гц. При превышении номинальной скорости приложенное напряжение обычно поддерживается постоянным на номинальном значении; эта операция называется постоянным HP. На низких частотах (т. Е. Скоростях) необходимо повышать напряжение, чтобы компенсировать влияние сопротивления статора.

Применение трехфазных и однофазных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель — это двигатели, наиболее часто используемые в различных отраслях промышленности.Они просты, надежны, недороги и просты в обслуживании. Они работают практически с постоянной скоростью от нуля до полной нагрузки. Скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко приспособить для управления скоростью. В трехфазной системе есть три однофазных линии с разностью фаз 120 °. Таким образом, вращающееся магнитное поле имеет ту же разность фаз, которая заставляет ротор двигаться. Помимо того, что однофазный двигатель также доминирует для бытовых и маломощных двигателей, это связано с тем, что он используется в бытовой технике и портативных станках.Как правило, они используются, когда трехфазное питание недоступно. Конструкция однофазного асинхронного электродвигателя почти аналогична трехфазному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что в случае однофазного асинхронного электродвигателя статор имеет две обмотки вместо одной фазы, по сравнению с одной обмоткой статора на каждую. фаза в трехфазном асинхронном двигателе.

Преимущества асинхронных двигателей

• Асинхронные электродвигатели имеют только одну движущуюся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными.Электродвигатели постоянного тока , напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются и нуждаются в периодической замене. Трение между щетками и коллектором также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Недостатки асинхронных двигателей

Поскольку скорость асинхронного электродвигателя зависит от частоты переменного тока, который его питает, он вращается с постоянной скоростью, если вы не используете частотно-регулируемый привод.По сравнению с асинхронными двигателями, скорость двигателей постоянного тока намного проще контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Двигатели такого типа могут быть довольно тяжелыми из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока , они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока без использования инвертора. Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор .

Принцип работы электрического асинхронного двигателя / синхронного двигателя Видео-гид

Кредит: 1, 2, 3

Каков принцип работы электродвигателя?

Все мы слышали об электродвигателях, но всегда возникал вопрос: «Каков принцип электродвигателя»? Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.В основном существует три типа электродвигателей.

1. Двигатель постоянного тока.
2. Асинхронный двигатель.
3. Синхронный двигатель.

Все эти двигатели работают по более или менее одинаковому принципу. Работа электродвигателя в основном зависит от взаимодействия магнитного поля с током.

Принцип действия электродвигателя: перемещение электродвигателя с помощью электромагнетизма

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество на одном конце, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам способность управлять какой-то машиной.Как это работает на практике? Как именно преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, нам нужно вернуться почти на 200 лет назад.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, делаете из него большую петлю и прокладываете ее между полюсами мощного постоянного подковообразного магнита. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод ненадолго подпрыгнет. Удивительно, когда видишь это впервые. Это похоже на волшебство! Но есть совершенно научное объяснение.

Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает вокруг него магнитное поле. Если вы поместите провод рядом с постоянным магнитом, это временное магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. Вы знаете, что два расположенных рядом магнита либо притягиваются, либо отталкиваются. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнита, и это то, что заставляет провод подпрыгивать.

В чем заключается принцип электродвигателя: правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобную мнемонику (вспомогательное средство для запоминания), называемую правилом левой руки Флеминга (иногда называемым правилом двигателя) .

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки так, чтобы все три были под прямым углом. Если вы укажете пальцем C в направлении тока C (который течет от положительного к отрицательному полюсу батареи), а первый палец F — в направлении поля F (который течет от северного полюса магнита к южному), ваш thu M b покажет направление, в котором движется провод M .

Это…

• F Первый палец = F ield
• Se C второй палец = C текущее значение
• Thu M b = M
Принцип работы электродвигателя: как работает электродвигатель

Теоретически предположим, что мы сгибаем наш провод в квадратную U-образную петлю, так что фактически через магнитное поле проходят два параллельных провода. Один из них отводит электрический ток от нас по проводу, а другой возвращает ток обратно.Поскольку ток течет в проводах в противоположных направлениях, правило левой руки Флеминга говорит нам, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включаем электричество, один из проводов будет двигаться вверх, а другой — вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электродвигателя. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода быстро запутаются.Более того, если бы катушка могла вращаться достаточно далеко, произошло бы кое-что еще.

Когда катушка достигает вертикального положения, она переворачивается, поэтому электрический ток течет через нее в противоположном направлении. Теперь силы на каждой стороне катушки меняются местами. Вместо того, чтобы непрерывно вращаться в одном и том же направлении, он движется назад в том направлении, откуда только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он продолжает двигаться вперед и назад на месте, фактически никуда не уезжая.

На практике есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать электрический ток, который периодически меняет направление, известный как переменный ток (AC). В небольших двигателях с батарейным питанием, которые мы используем дома, лучшим решением является добавление компонента, называемого коммутатором, на концах катушки.

Не беспокойтесь о бессмысленном техническом названии: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутируют». Это просто означает движение вперед и назад так же, как поездка на работу означает движение туда и обратно.В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины, и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждой половине коммутатора.

Электрический ток от аккумуляторной батареи подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных соединителей, называемых щетками, сделанных либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на «грифель» карандаша), либо из тонких кусков упругого металла, который (как следует из названия) «задевает» коммутатор.Когда коммутатор установлен, при прохождении электричества по цепи катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен развивать большую мощность. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент), которую может создать двигатель, тремя способами: либо у нас может быть более мощный постоянный магнит, либо мы можем увеличить электрический ток, текущий через провод, либо мы можем сделать катушку так, чтобы она много «витков» (петель) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.

На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в форме круга, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большую силу может создать двигатель.

Хотя мы описали ряд различных частей, вы можете думать о двигателе как о двух основных компонентах:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается неподвижным, поэтому он называется статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Вы можете посмотреть здесь, чтобы получить более наглядное представление о принципе работы электродвигателей.

Подробнее о Linquip

Простое руководство по эффективности двигателя: что это такое и что делать

Принцип работы электродвигателя: работа двигателей постоянного тока

Принцип работы двигателя постоянного тока в основном зависит от правила левой руки Флеминга.В базовом двигателе постоянного тока между магнитными полюсами размещен якорь. Если обмотка якоря питается от внешнего источника постоянного тока, ток начинает течь по проводникам якоря. Поскольку проводники проводят ток внутри магнитного поля, они испытывают силу, которая стремится вращать якорь.

Предположим, что проводники якоря под N полюсами полевого магнита проводят ток вниз (крестики), а проводники под S полюсами проводят ток вверх (точки).Применяя правило левой руки Флеминга, можно определить направление силы F, испытываемой проводником под N полюсами, и силу, испытываемую проводниками под S-полюсами. Обнаружено, что в любой момент силы, действующие на проводники, имеют такое направление, что они стремятся вращать якорь.

Опять же, из-за этого вращения проводники под N-полюсами попадают под S-полюс, а проводники под S-полюсами попадают под N-полюс. В то время как проводники идут от N-полюса к S-полюсу и S-полюса к N-полюсу, направление тока через них меняется на противоположное с помощью коммутатора.

Из-за этого реверсирования тока все проводники проходят под N-полюсами, переносят ток в нисходящем направлении, а все проводники, проходящие под S-полюсами, переносят ток в восходящем направлении, как показано на рисунке. Следовательно, каждый проводник находится под N-полюсом, испытывающим силу в одном и том же направлении, и то же самое верно для проводников, проходящих под S-полюсами. Это явление помогает развивать постоянный и однонаправленный крутящий момент.

Принцип работы электродвигателя: Работа асинхронного двигателя

Работа электродвигателя в случае асинхронного двигателя немного отличается от электродвигателя постоянного тока.В однофазном асинхронном двигателе, когда на обмотку статора подается однофазное питание, создается пульсирующее магнитное поле, а в трехфазном асинхронном двигателе, когда трехфазное питание подается на трехфазную обмотку статора, возникает вращающееся магнитное поле. производится.

Ротор асинхронного двигателя может быть с обмоткой или с короткозамкнутым ротором. Каким бы ни был тип ротора, проводники на нем закорочены на концах, образуя замкнутый контур. Из-за вращающегося магнитного поля поток проходит через воздушный зазор между ротором и статором, проходит мимо поверхности ротора и, таким образом, разрезает проводник ротора.

Следовательно, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводниках замкнутого ротора будет циркулировать индуцированный ток. Величина наведенного тока пропорциональна скорости изменения магнитной связи во времени. Опять же, эта скорость изменения магнитной связи пропорциональна относительной скорости между ротором и вращающимся магнитным полем. Согласно закону Ленца, ротор будет пытаться уменьшить все причины возникновения в нем тока. Следовательно, ротор вращается и пытается достичь скорости вращающегося магнитного поля, чтобы уменьшить относительную скорость между ротором и вращающимся магнитным полем.

Принцип работы электродвигателя: работа синхронных двигателей

В синхронном двигателе, когда на неподвижную трехфазную обмотку статора подается сбалансированное трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью. Теперь, если внутри этого вращающегося магнитного поля поместить электромагнит, он будет магнитно заблокирован с вращающимся магнитным полем, и первый будет вращаться с вращающимся магнитным полем с той же скоростью, что и с синхронной скоростью.

Электродвигатель | Encyclopedia.com

Двигатель постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели переменного тока

Принципы работы трехфазного двигателя

Ресурсы

Электродвигатель — это машина, используемая для преобразования электрической энергии в механическую. Электродвигатели важны для современной жизни, они используются в пылесосах, посудомоечных машинах, компьютерных принтерах, факсах, водяных насосах, производстве, автомобилях (как обычных, так и гибридных), станках, печатных станках, системах метро и т. Д.

Основные физические принципы работы электродвигателя известны как закон Ампера и закон Фарадея. Первый гласит, что электрический проводник, находящийся в магнитном поле, будет испытывать силу, если любой ток, протекающий через проводник, имеет компонент, расположенный под прямым углом к ​​этому полю. Изменение направления тока или магнитного поля приведет к возникновению силы, действующей в противоположном направлении. Второй принцип гласит, что если проводник перемещается через магнитное поле, то любой компонент движения, перпендикулярный этому полю, будет создавать разность потенциалов между концами проводника.

Электродвигатель состоит из двух основных элементов. Первый, статический компонент, который состоит из магнитных материалов и электрических проводников для создания магнитных полей желаемой формы, известен как статор . Второй, который также сделан из магнитных и электрических проводников для создания определенных магнитных полей, которые взаимодействуют с полями, создаваемыми статором, известен как ротор . Ротор содержит подвижный компонент двигателя, имеющий вращающийся вал для соединения с приводимой в действие машиной и некоторые средства поддержания электрического контакта между ротором и корпусом двигателя (обычно угольные щетки, прижатые к контактным кольцам).Во время работы электрический ток, подаваемый на двигатель, используется для создания магнитных полей как в роторе, так и в статоре. Эти поля сталкиваются друг с другом, в результате чего ротор испытывает крутящий момент и, следовательно, вращается.

Электродвигатели делятся на две широкие категории, в зависимости от типа применяемой электроэнергии: двигатели постоянного (DC) и переменного (AC) тока.

Первый электродвигатель постоянного тока был продемонстрирован Майклом Фарадеем в Англии в 1821 году.Поскольку единственными доступными электрическими источниками был постоянный ток, первые коммерчески доступные двигатели были электродвигателями постоянного тока, которые стали популярными в 1880-х годах. Эти двигатели использовались как для маломощных, так и для больших мощностей, таких как электрические уличные железные дороги. Только в 1890-х годах, когда появилась электроэнергия переменного тока, двигатель переменного тока был разработан, в первую очередь, корпорациями Westinghouse и General Electric. В течение этого десятилетия было решено большинство проблем, связанных с однофазными и многофазными двигателями переменного тока.Следовательно, все основные характеристики электродвигателей были разработаны к 1900 году.

Работа двигателя постоянного тока зависит от взаимодействия полюсов статора с частью ротора или якоря. Статор содержит четное количество полюсов переменной магнитной полярности, каждый полюс состоит из электромагнита, образованного из обмотки полюса, намотанной на сердечник полюса. Когда через обмотку протекает постоянный ток, создается магнитное поле. Якорь также содержит обмотку, в которой ток течет в указанном направлении.Этот ток якоря взаимодействует с магнитным полем в соответствии с законом Ампера, создавая крутящий момент, который поворачивает якорь.

Если бы обмотки якоря вращались вокруг следующего полюсного наконечника противоположной полярности, крутящий момент работал бы в противоположном направлении, останавливая якорь. Чтобы предотвратить это, ротор содержит коммутатор, который изменяет направление тока якоря для каждого полюсного наконечника, мимо которого вращается якорь, таким образом гарантируя, что все обмотки, проходящие, например, через полюс северной полярности, будут иметь ток, протекающий в в том же направлении, в то время как обмотки, проходящие через южные полюса, будут иметь противоположный ток, чтобы создать крутящий момент в том же направлении, что и крутящий момент, создаваемый северными полюсами.Коммутатор обычно состоит из разъемного контактного кольца, по которому движутся щетки, протекающие по постоянному току.

Вращение обмоток якоря через поле статора создает на якоре напряжение, известное как противо-ЭДС (электродвижущая сила), поскольку оно противодействует приложенному напряжению: это следствие закона Фарадея. Величина противо-ЭДС зависит от напряженности магнитного поля и скорости вращения якоря. При первоначальном включении двигателя постоянного тока нет противо-ЭДС, и якорь начинает вращаться.Счетчик ЭДС увеличивается с вращением. Действующее напряжение на обмотках якоря — это приложенное напряжение за вычетом противо-ЭДС.

Двигатели постоянного тока встречаются чаще, чем мы думаем. Автомобиль может иметь до 20 двигателей постоянного тока для привода вентиляторов, сидений и окон. Они бывают трех разных типов, классифицируемых в зависимости от используемой электрической схемы. В параллельном двигателе якорь и обмотки возбуждения соединены параллельно, поэтому токи через каждую из них относительно независимы.Ток через обмотку возбуждения можно регулировать с помощью реостата возбуждения (переменного резистора), что позволяет изменять скорость двигателя в широких пределах в широком диапазоне условий нагрузки. Этот тип двигателя используется для привода станков или вентиляторов, для которых требуется широкий диапазон скоростей.

В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря, что приводит к очень высокому пусковому крутящему моменту, поскольку как ток якоря, так и напряженность поля максимальны.Однако, как только якорь начинает вращаться, противо-ЭДС снижает ток в цепи, тем самым уменьшая напряженность поля. Серийный двигатель используется там, где требуется большой пусковой крутящий момент, например, в автомобильных стартерах, кранах и подъемниках.

Составной двигатель представляет собой комбинацию последовательного и параллельного двигателей с параллельными и последовательными обмотками возбуждения. Этот тип двигателя имеет высокий пусковой момент и способность изменять скорость и используется в ситуациях, требующих обоих этих свойств, таких как пробивные прессы, конвейеры и лифты.

Двигатели переменного тока встречаются гораздо чаще, чем двигатели постоянного тока, потому что почти все системы электроснабжения работают с переменным током. Существует три основных типа двигателей: многофазные асинхронные, многофазные синхронные и однофазные. Поскольку трехфазные источники питания являются наиболее распространенными многофазными источниками, большинство многофазных двигателей работают от трехфазных. Трехфазные источники питания широко используются в коммерческих и промышленных условиях, тогда как однофазные источники питания почти всегда используются в домашних условиях.

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока. Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения. По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в пределах цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого является наибольшим, постоянно изменяется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, видимое ротором, вращается.Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и количества полюсов, создаваемых обмоткой статора. Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в США, максимальная синхронная скорость составляет 3 600 об / мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, а

Ключевые термины

AC — Переменный ток, при котором ток, проходящий через цепь, меняет направление потока через равные промежутки времени.

DC — Постоянный ток, при котором ток в цепи примерно постоянен во времени.

Ротор — Та часть электродвигателя, которая может свободно вращаться, включая вал, якорь и связь с машиной.

Статор — Та часть электродвигателя, которая не может вращаться, включая катушки возбуждения.

Крутящий момент — Способность или сила, необходимые для поворота или скручивания вала или другого объекта.

— это, по сути, короткие замыкания.Самый распространенный тип обмотки ротора, обмотка с короткозамкнутым ротором, очень похожа на ходовое колесо, используемое в клетках для домашних песчанок. Когда двигатель изначально включен, а ротор неподвижен, проводники ротора испытывают изменяющееся магнитное поле, перемещающееся с синхронной скоростью. Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к индукции токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку условия для работы двигателя теперь выполнены, то есть проводники с током находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться.Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не будет относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора, и ток не может быть индуцирован. Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он передает, и числом полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включаются или выключаются, скорость двигателя можно регулировать с приращением. В двигателях с фазным ротором сопротивление обмоток ротора может быть изменено извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное регулирование скорости.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей. В синхронном двигателе ротор использует катушку под напряжением постоянного тока для создания постоянного магнитного поля. После того, как ротор приближается к синхронной скорости двигателя, северный (южный) полюс магнита ротора блокируется с южным (северным) полюсом вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока.Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные двигатели и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципам, аналогичным описанным для трехфазных двигателей. Однако для создания пусковых моментов необходимо внести различные модификации, поскольку одна фаза не будет генерировать только вращающееся магнитное поле. Следовательно, в асинхронных двигателях используются конструкции с разделенной фазой, конденсаторным пуском или с экранированными полюсами.Небольшие синхронные однофазные двигатели, используемые для таймеров, часов, магнитофонов и т. П., Основаны на конструкциях с реактивным сопротивлением или гистерезисом.

КНИГИ

Красильщик. Катушки силы тока: как они сделаны и как используются: с описанием электрического света, электрических звонков, электродвигателей, телефона, микрофона и фонографа . Бостон: Adamant Media Corporation, 2005.

Эмади, Али. Энергоэффективные электродвигатели . Нью-Йорк: CRC, 2004.

Hughes, Austin. Электродвигатели и приводы . Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2005.

Иэн А. Макинтайр

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности.В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

Принцип работы асинхронного двигателя может быть разработан, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля через воздушный зазор машины в течение шести мгновений цикла.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t ₁ на рисунке, ток в фазе a является максимально положительным, тогда как ток в фазах b и c составляет половину отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a имеет положительное значение на половину. Результатом, как показано на рисунке для t ₂ , снова является синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для t ₃ , t ₄ , t ₅ и t ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены вместе на каждом конце, в результате в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке показана диаграмма токов ротора за мгновение t ₁ рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Британская энциклопедия, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле в присутствии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Полный ток статора в каждой фазной обмотке складывается из синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже скорости поля (часто называемая синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты, построив машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Типы электродвигателей — Thomson Lamination Company, Inc.

Электродвигатели

можно найти во многих сферах применения: от обычных предметов домашнего обихода до различных видов транспорта и даже передовых аэрокосмических приложений. Здесь мы делимся руководством, которое поможет вам лучше понять доступные варианты.

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели и генераторы представляют собой электромагнитные устройства с обмоткой якоря или ротором, который вращается внутри обмотки возбуждения или статора; однако у них противоположные функции.Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Два типа электродвигателей

Обмотка возбуждения в электродвигателях обеспечивает электрический ток для создания фиксированного магнитного поля, которое обмотка якоря использует для создания крутящего момента на валу двигателя. Различия между различными типами электродвигателей связаны с их уникальной работой, напряжением и требованиями к применению. Существует как минимум дюжина различных типов электродвигателей, но есть две основные классификации: переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).То, как обмотки в двигателях переменного и постоянного тока взаимодействуют друг с другом для создания механической силы, создает дополнительные различия в каждой из этих классификаций.

Двигатели постоянного тока

Матовые двигатели

Щеточные двигатели состоят из четырех основных компонентов:

• Статор
• Ротор или якорь
• Кисти
• Коммутатор

Существует четыре основных типа щеточных двигателей, в том числе:

• Двигатели серии. Статор включен последовательно или идентичен ротору, поэтому их токи возбуждения идентичны. Характеристики: используется в кранах и лебедках, большой крутящий момент на низкой скорости, ограниченный крутящий момент на высокой скорости.
• Параллельные двигатели. Катушка возбуждения параллельна (шунтируется) ротору, благодаря чему ток двигателя равен сумме двух токов. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, отличное управление скоростью, высокий / постоянный крутящий момент на низких скоростях.
• Кумулятивные составные двигатели. Этот тип сочетает в себе аспекты как последовательного, так и закрытого типов, делая ток двигателя равным сумме как последовательных, так и шунтирующих токов поля. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, объединяет преимущества как серийных, так и параллельных двигателей.
• Двигатели PMDC (постоянный магнит). Самый распространенный тип щеточных электродвигателей, электродвигатели с постоянным постоянным током, в которых для создания поля статора используются постоянные магниты. Характеристики: используется в коммерческом производстве игрушек и бытовой техники, дешевле в производстве, хороший крутящий момент на нижнем конце, ограниченный крутящий момент на верхнем конце.

Бесщеточный

Двигатели категории бесколлекторных не имеют коллектора и щеток. Вместо этого ротор представляет собой постоянный магнит, а катушки находятся на статоре. Вместо того, чтобы управлять магнитными полями на роторе, бесщеточные двигатели управляют магнитными полями статора, регулируя величину и направление тока в катушках. Одним из основных преимуществ бесщеточных двигателей является их эффективность, которая позволяет лучше контролировать и производить крутящий момент в более компактной сборке.

Двигатели переменного тока

Двигатели, относящиеся к классификации двигателей переменного тока, бывают синхронными или асинхронными, которые в первую очередь различаются по скорости ротора относительно скорости статора. Скорость ротора относительно статора в синхронном двигателе равна, но скорость ротора меньше, чем его синхронная скорость в асинхронном двигателе. Кроме того, синхронные двигатели имеют нулевое скольжение и требуют дополнительного источника питания, в то время как асинхронные или асинхронные двигатели имеют скольжение и не требуют вторичного источника питания.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель — это машина с двойным возбуждением, то есть он имеет два электрических входа. В обычном трехфазном синхронном двигателе один вход, обычно трехфазный переменный ток, питает обмотку статора, создавая трехфазный вращающийся магнитный поток. Питание ротора обычно осуществляется постоянным током, который возбуждает или запускает ротор. Как только поле ротора сцепляется с полем статора, двигатель становится синхронным.

Асинхронный (индукционный)

В отличие от синхронных двигателей, асинхронные двигатели позволяют запускать асинхронные двигатели, подавая мощность на статор без подачи питания на ротор.Асинхронные двигатели имеют конструкцию с возбуждением или с короткозамкнутым ротором. Вот некоторые примеры асинхронных асинхронных двигателей:

• Индукционные двигатели с конденсаторным пуском. Это однофазный двигатель с ротором с сепаратором и двумя обмотками статора, запускаемый конденсатором. Их использование включает компрессоры и насосы в холодильниках и системах переменного тока с частым запуском и остановом.
• Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Трехфазный источник питания создает магнитное поле в обмотке статора в этом двигателе, который включает в себя ротор с короткозамкнутым ротором, сделанный из листовой стали с высокой проводимостью.Это недорогие, низкие эксплуатационные расходы и высокоэффективные двигатели, используемые в центробежных насосах, промышленных приводах, больших нагнетателях и вентиляторах, станках, токарных станках и другом токарном оборудовании.
• Двигатели с двойным короткозамкнутым ротором. Эти двигатели решают проблемы с низким пусковым крутящим моментом в двигателях с короткозамкнутым ротором. Их конструкция уравновешивает отношение реактивного сопротивления к сопротивлению между внешней и внутренней клеткой, увеличивая пусковой крутящий момент при сохранении общей эффективности.

Щелкните, чтобы развернуть

Идентификация электродвигателя

Выбор двигателя, наиболее подходящего для конкретного применения, зависит от четырех характеристик:

• Мощность и скорость
• Рама двигателя
• Требования к напряжению
• Корпуса и монтажные позиции

Металлическая табличка, прикрепленная к двигателю, содержит важную информацию, относящуюся к этим характеристикам, за исключением информации о корпусе.

Номинальная мощность и скорость электродвигателя

И номинальная мощность, и номинальная частота вращения (об / мин) должны соответствовать требованиям к нагрузке для установленного приложения. Двигатели бывают разных категорий мощности, в том числе: дробные двигатели (от 1/20 до 1 л.с.), встроенные двигатели (от 1 до 400 л.с.) и большие двигатели (от 100 до 50 000 л.с.). Номинальные значения частоты вращения включают 3600 об / мин (2 полюса), 1800 об / мин (4 полюса) и 1200 об / мин (6 полюсов).

Рама электродвигателя

Размер рамы двигателя не указывает на его рабочие характеристики, особенно на номинальную мощность в лошадиных силах.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) разработала номера корпусов, соответствующие монтажным размерам, с их цифрами, относящимися к их размеру «D» или расстоянию от центра вала до центра нижней части крепления. Как правило, двухзначные метки предназначены для дробных двигателей, но в них можно встроить двигатели большей мощности.

Требования к напряжению

Напряжение, частота и фаза — все это часть требований к напряжению. В большинстве случаев в Северной Америке и Европе трехфазные двигатели оснащены дисплеями с двойным напряжением, например 230/460.Стандартная рабочая частота для большинства электродвигателей составляет 60 Гц, хотя в Европе распространены двигатели с частотой 50 Гц. Это изменение в герцах указывает на то, что двигатель будет работать со скоростью 5/6 от нормальной скорости вращения. Фаза — это последний бит информации, включенный в требования к напряжению двигателя, указывающий тип требуемого источника питания, например трехфазный, однофазный и постоянный ток.

Корпуса и монтажные позиции

Информация о корпусе зависит от среды, в которой установлен двигатель.Есть две основные категории корпусов — открытые двигатели и закрытые двигатели.

Открытые двигатели

Применения для открытых двигателей включают помещения, которые являются относительно чистыми и сухими, что важно, поскольку открытые кожухи двигателей позволяют воздуху циркулировать через обмотки.

Закрытые двигатели

Эти типы не допускают свободного воздухообмена между внешней и внутренней частью двигателя. Различия в герметичности корпуса и характеристиках охлаждения дополнительно различают двигатели закрытого типа, в том числе:

• Полностью закрытый вентилятор с охлаждением (TEFC)
• Полностью закрытые невентилируемые (TENV)
• Полностью закрытый воздуховод (TEAO)
• Полностью закрытая промывка (TEWD)
• Взрывозащищенные корпуса (EXPL)
• Опасная зона (HAZ)

Найдите электродвигатель, наиболее подходящий для вашего применения

Thomson Lamination Company — ведущий производитель штампованных компонентов для ламинирования двигателей, способный производить большие партии пластин ротора и статора из металлов с высокой проводимостью.

Ознакомьтесь с нашими возможностями по производству ламинации или свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших решениях для ламинирования с электродвигателем.