Принцип действия асинхронного двигателя: Трехфазный асинхронный двигатель

Содержание

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип действия однофазного и трехфазного асинхронного электродвигателя.

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. Асинхронные двигатели — это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели.
Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках. Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты.
Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

1. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра — намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали.

В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Более подробные сведения о схемах соединения и условных обозначениях начал и концов обмоток представлены ниже. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набранного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора.

Различают два вида обмоток ротора: фазную и короткозамкнутую. Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в звезду. Концы обмотки ротора соединяют вместе и изолируют, а начала присоединяют к контактным кольцам, располагающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолированные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к которым присоединяют внешние цепи. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать скорость вращения двигателя и ограничивать пусковые токи. Наибольшее применение получила короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава. При этом в пакете ротора 1 заодно отливаются стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3.
(рис. 3). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления.

Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения — это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

2. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска.

Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному
асинхронному двигателю
отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом — вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Алиев И.И.

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.


Электрические машины — это машины, совершающие преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. В первом случае электрические машины называются двигателями, во втором — генераторами.

Асинхронный электродвигатель относятся к классу индуктивных электрических машин, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции, открытом Фарадеем в 1831 г.

Чтобы лучше понять принцип действия асинхронного двигателя, на котором основана его работа , рассмотрим известный опыт Араго (рис. 1), объясненный впоследствии Фарадеем. В этом опыте некоторый постоянный магнит М люсами N—5 приводится во вращение механически мощью рукоятки Р. На небольшом расстоянии от полюсов магнита устанавливается легкий медный диск Д на оси, которая может вращаться в подшипниках. При вращении рукоятки и соответственно закрепленного с нею магнита в медном диске наводятся токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем N — S, обеспечивают появление вращающего момента. Под влиянием этого момента диск также увлекается в сторону вращения магнита. Таким образом, диск Араго является прототипом современного асинхронного двигателя.

Рис. 1. Опыт Ф. Д. Араго

Если в магнитном поле поместить прямолинейный проводник длиной l перпендикулярно направлению поля и пропустить через него постоянный электрический ток I, то на проводник в соответствии с законом Ампера будет действовать механическая сила F. Эта сила равна (в ньютонах) :

F = BlI,    (1)

где В — индукция магнитного поля, Тл; l — длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, м; I — сила тока, проходящего по проводнику, А.

Таким образом, электрическая машина должна содержать две основные части: часть, создающую магнитное поле, и часть, содержащую совокупность проводников, расположенных в этом поле. В электрических машинах магнитное поле обычно создается с помощью системы обмоток (катушек) с током, расположенных на стальных (ферромагнитных) сердечниках.

Рассмотрим теперь простейший случай образование магнитного поля с помощью переменного тока, проходящего по витку катушки, имеющему форму, показанную на рис. 2,а. Промышленная сеть переменного тока обеспечивает синусоидальную форму тока. На рис. 2,е изображена характеристика изменения тока в рассматриваемом контуре в зависимости от времени протекания процесса. Как видно из графика, ток имеет один знак, условно принятый положительным, на участке от 0 до момента времени t1, а затем противоположный, отрицательный знак на участке от t1 до t2 по оси времени.

Максимальные значения тока Imax достигаются в моменты времени t’ и t»‘. При прохождении тока по рассматриваемому проводнику образуется магнитное поле, направление силовых линий которого показано на рис. 2,б в плоскости, перпендикулярной контуру с током. Условно направление тока от плоскости чертежа к читателю обозначено точкой, а противоположное направление — крестиком. Пунктиром показан постоянный магнит, обеспечивающий аналогичное магнитное поле, как и контур с током в момент времени t’. Для любого другого момента времени на участке 0—t1 магнитное поле будет иметь то же направление, но по значению оно будет слабее (например, в момент времени t»). Далее на участке характеристики t1 — t2(рис. 2,в) направление магнитных силовых линий поля (рис. 2, б) меняется на противоположное в соответствии  с изменением знака, т. е. направление тока в контуре (противоположное по сравнению с изображенным на рис. 2,б) также изменится на противоположное.

Рис. 2. Образование пульсирующего магнитного поля контуром с током: а — контур с током; б — магнитное поле контура; в — изменение тока в контуре во времени

Таким образом, при питании контура переменным током направление и величина магнитного поля, образованного этим витком, периодически изменяются. Такое магнитное  поле получило название пульсирующего.

Мы рассмотрели случай образования магнитного поля при питании контура однофазным переменным током. На практике асинхронные двигатели, как правило, питаются трехфазным переменным током. Трехфазная цепь переменного тока состоит из трех однофазных цепей. В этих цепях токи или напряжения изменяются по тому же периодическому синусоидальному закону с той же частотой, но с некоторым сдвигом (отставанием) во времени. Величина отставания тока во второй фазе по сравнению с током в первой фазе составляет 1/3 периода времени Т, или 120°. Ток в третьей фазе также отстает от тока во второй фазе на 1/3 периода.

На рис. 3,б показано образование магнитного поля с помощью трех контуров, сдвинутых относительно друг друга на 120° и питающихся от трехфазной сети синусоидального переменного тока. На рис. 3,а показан характер прохождения токов в каждой фазе, т. е. в каждом из контуров. Обозначение направлений токов на рис. 3,б (точки или крестики) соответствует принятому нами на рис. 2. Токи считаются положительными, если они имеют направления из плоскости чертежа (обозначено точкой) в началах контуров с током в фазах Ан, Вн, Сн и одновременно направление в плоскость чертежа (обозначено крестиком) в концах контуров фаз Ак, Вк, Ск. Такой случай, рассматриваемый для момента времени t1, показан на примере рис. 3,б. Пользуясь известным из физики правилом буравчика, можно построить силовые линии создаваемого магнитного поля токов. Направление этих силовых линий будет аналогично направлению силовых линий поля, создаваемого с помощью постоянного магнита, условно обозначенного на этом рисунке пунктиром.

Рис. 3. Образование вращающегося магнитного поля трехфазным током: а — изменение фазных токов во времени; б — магнитное поле в разные моменты времени

В некоторый момент времени t1 ток tВ достигнет своего наибольшего положительного значения, при этом токи iА, iС отрицательны. Такой пример рассмотрен на втором сверху рисунке (рис. 3,б). Как видно, в рассматриваемом случае две образовавшиеся зоны токов противоположного направления создают аналогичное поле, как и в момент времени t1. Однако оно повернуто на 1/3 окружности, т. е. на 120° по часовой стрелке.

Далее сравним распределение магнитного поля на двух других примерах рис. 3,б, соответствующих моментам времени t3 и t4, с рассмотренными ранее случаями для моментов времени t1 и t2. При сравнении видно, что за период изменения времени Т создаваемое трехфазным током магнитное поле поворачивается в пространстве на целый оборот, т. е. на 360°. Такое магнитное поле называется вращающимся.

Если изменить чередование каких-либо двух фаз (рис.4), например подключить обмотку b к фазе С и наоборот, т. е. вместо соединения по схеме на рис. 4,а выполнить его по схеме на рис. 4,б, то произойдет изменение направления вращения магнитного поля на противоположное. Это свойство обычно используетсяпри необходимости изменения направления вращения асинхронного электродвигателя, т. е. при осуществлении так называемого реверса двигателя.

Рис. 4. Изменение чередования фаз питающего напряжения для изменения направления вращения асинхронного двигателя

Как видно из простейшего примера (см. рис. 1), аналогичное магнитное поле может быть получено с помощью-электромагнита, имеющего одну пару полюсов (северный N и южный S). В дальнейшем понятием число пар полюсов мы будем часто пользоваться.

Асинхронный электродвигатель имеются две основные части — вращающийся ротор и неподвижный статор. В широко распространенных трехфазных асинхронных электродвигателях статор подключается к трехфазной сети переменного тока. Трехфазный ток обмоток статора создает вращающееся магнитное поле с магнитным потоком Ф. Поле вращается относительно ротора, пересекает его обмотки и наводит в них электродвижущие силы (ЭДС). Под действием ЭДС в обмотках ротора, замкнутых накоротко, проходит ток I2 (в дальнейшем индекс 1 будет соответствовать статору и индекс 2 — ротору).

При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает сила, которая заставляет ротор двигаться в сторону вращения магнитного поля. Этой силе соответствует вращающий электромагнитный момент М, который пропорционален магнитному потоку Ф поля статора и току ротора I2, т. е.

М=kмФI2,      (2)

где kм — коэффициент, учитывающий конструктивные размеры активных частей машины.

Необходимо отметить, что вращающееся поле может быть  двухполюсным,  четырехполюсным, шестиполюсным и т. д. Число пар полюсов вращающегося поля определяется устройством обмотки статора. При одной и той же частоте f1 питающего тока (промышленная частота 50 периодов в секунду, или 50 Гц) многополюсное магнитное поле будет вращаться медленнее двухполюсного в число раз, равное числу пар полюсов р обмотки машины. Частота вращения поля n1 может быть найдена по формуле, об/мин,

n1=60f1/p.      (3)

В асинхронном двигателе частота вращения ротора n, увлекаемого магнитным полем статора, меньше частоты вращения n1 самого поля. В самом деле, в случае равенства этих частот вращения прекратилось бы движение поля по отношению к ротору, в роторе перестала бы наводиться ЭДС, создающая токи в его обмотках. При этом прекратилось бы создание электромагнитного момента, под действием которого ротор приходил во вращения. В таком случае ротор стал бы неминуемо проскальзывать, тормозиться, т. е. частота его вращения стала бы меньше частоты вращения магнитного поля, что и соответствует действительному положению в асинхронном двигателе. Ввиду различия частот вращения поля и ротора рассматриваемые машины получили названия асинхронных или несинхронных.

Относительная разность частот вращения ротора и магнитного поля получила название скольжения. Скольжение обозначается буквой s и определяется по формуле

         (4)

Если затормозить ротор асинхронного двигателя (n=0), то частоты токов статора и ротора будут одинаковыми, а сам двигатель превратится в трансформатор с вращающимся магнитным полем. В этом режиме преобразования электрической энергии в механическую не происходит.

В зависимости от соотношения частот вращения поля n1 и ротора n можно выделить три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный и тормозной. Рассмотрим их подробней.

Когда асинхронный двигатель работает в двигательном режиме частота вращения ротора изменяется в пределах 0<n<n1. Вращение ротора происходит под действием электромагнитного вращающего момента, а его направление совпадает с направлением вращения поля статора. Этот режим является основным при работе машины. Подводимая к статору электрическая энергия преобразуется в данном режиме в механическую.

Если с помощью какого-либо другого первичного двигателя, установленного на валу асинхронной машины, обеспечить вращение ротора с частотой выше частоты вращения магнитного поля статора (n>n1), то асинхронная машина перейдет в генераторный режим, при этом направление вращения поля статора относительно ротора изменится на обратное по сравнению с работой машины в двигательном режиме. Вследствие этого изменят свой знак ЭДС, наводимая в обмотке ротора, и ток I2. Изменение направления тока приведет к изменению направления электромагнитного момента, который теперь будет направлен против направления вращения ротора. Таким образом, электромагнитный момент становится тормозным по отношению к двигателю, который приводит во вращение ротор асинхронной машины. Механическая энергия, передаваемая этим- двигателем асинхронной машине, преобразуется в электрическую и отдается в сеть, к которой подключена асинхронная машина. Примером такого режима может служить работа электровоза при спуске железнодорожного состава под уклон.

Режим работы асинхронной машины, когда ротор приводится во вращение против направления вращения электромагнитного поля статора, получил название режима электромагнитного тормоза (или тормозного). Этот режим нашел применение в ряде подъемно-транспортных устройств. В этом режиме, как и в генераторном, электромагнитный момент направлен против направления вращения ротора. Однако в отличие от генераторного режима в режиме электромагнитного тормоза не происходит электромеханического преобразования энергии. Вся подводимая к асинхронной машине механическая и электрическая энергия преобразуется в потери (нагрев обмоток, потери на трение и др.). Генераторный режим и режим электромагнитного тормоза относятся к специальным режимам работы асинхронных машин.

Принцип действия асинхронного электродвигателя | мтомд.инфо

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Так как роторная обмотка замкнута, то в проводниках ее возникают токи. Ток каждого проводника, взаимодействуя с полем статора, создает электромагнитную силу — Fэм. Совокупность сил всех проводников обмотки создает электромагнитный момент М, который приводит ротор во вращение в направлении вращающего поля.

Принцип действия асинхронного электродвигателя

Частота вращения ротора n2 будет всегда меньше синхронной частоты n1, то есть ротор всегда отстает от поля статора. Поясним это следующим образом. Пусть ротор вращается с частотой n2 равной частоте вращающегося поля статора n1. В этом случае поле не будет пересекать проводники роторной обмотки. Следовательно, в них не будет наводиться ЭДС и не будет токов, а это значит, что вращающий момент М = 0. Таким образом, ротор асинхронного электродвигателя принципиально не может вращаться синхронно c полем статора. Разность между частотами поля статора n2 и ротора n1 называется частотой скольжения Δn.

Отношение частоты скольжения к частоте поля называется скольжением:

В общем случае скольжение в асинхронном электродвигателе может изменяться от нуля до единицы. Однако номинальное скольжение Sн обычно составляет от 0,01 до 0,1 %. Преобразуя формулу скольжения,  получим выражение частоты вращения ротора:

Обмотка ротора асинхронного электродвигателя электрически не связана с обмоткой статора. В этом отношении электродвигатель подобен трансформатору, в котором обмотка статора является первичной обмоткой, а обмотка ротора — вторичной. Разница состоит в том, что ЭДС в обмотках трансформатора наводится неизменяющимся во времени магнитным потоком, а ЭДС в обмотках электродвигателя — потоком постоянным по величине, но вращающимся в пространстве. Эффект в том и в другом случаях будет одинаковым. В отличие от вторичной обмотки трансформатора, неподвижной, обмотка ротора электродвигателя вместе с ним вращается.

ЭДС роторной обмотки, в свою очередь, зависит от частоты вращения ротора. В этом нетрудно убедиться, анализируя процессы, протекающие в асинхронном электродвигателе.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения Δn. Она же наводит в обмотке ротора ЭДС E2, частота которой f2 связана со скольжением S:

Учитывая, что f1=рn1/60, f2=рn1S/60.

Приняв величину номинального скольжения порядка 0,01-0,1, можно подсчитать частоту изменения ЭДС в роторной обмотке, которая составляет 0,5-5 Гц (при f1=50 Гц).

Методическая разработка занятия в форме устного журнала на тему: «Принцип действия асинхронного двигателя».

Тема: Принцип действия асинхронного двигателя.

Щепачев В.И., ЧПТ

Цели:

образовательные: тщательное изучение нового материала;

воспитательные: воспитывает у студентов интерес к данной теме;

развивающие: развитие самостоятельности, умения работать с первоисточниками.

Тип урока: урок – устный журнал.

Обеспечение занятия: слайды, плакаты.

ТСО: графопроектор.

Важнейшая проблема, волнующая всех преподавателей, мастеров п\о – повышение эффективности урока.

Снижение уровня знаний студентов в значительной степени объясняется качеством урока: однообразием, шаблоном, формализмом и скукой.

Заботясь о развитии студентов, необходимо чаще использовать активные методы обучения. Нетрадиционный урок в корне отличается от классического образца и тем способствует совершенствованию процесса обучения.

На уроке студенты должны не только определенную сумму знаний, но и ощущать поэзию этой важной науки.

Урок должен расширять и углублять знания студентов, полученные на предыдущих уроках.

Урок должен повышать любознательность и интерес к предмету, стимулировать работоспособность студентов. Для того чтобы интенсифицировать учебный процесс, возбудить и удержать интерес студентов к учебному труду предлагаю провести урок на тему «Принцип действия асинхронного двигателя» в виде устного журнала «От А до Я».

Устный журнал «От А до Я»

1. Заранее готовятся таблички физических терминов, понятий и всего того, что касается атомной физики, начиная с «А» до «Я».

2. Преподаватель начинает урок и вывешивает на доске первую букву «А» или табличку со словом, начинающимся с этой буквы.

3. Студенты в течение 1…2 мин. должны пояснить, что означает это слово.

Оформление классной доски

1. На правой стороне доски плакаты по устройству и принципу действия асинхронного двигателя.

2. На левой стороне доски алфавит от «А» до «Я».

Преподаватель: вводное слово о предстоящей теме. Так что же такое асинхронный двигатель? На доске вывешивается словосочетание «асинхронный двигатель».

Асинхронный двигатель

Преподаватель: Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные.

Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньп1ей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1888 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты.

Все электрические машины обратимы, т.е. могут служить как двигателями, так и генераторами. Асинхронные машины используются главным образом как двигатели. Что вы о них знаете?

Студент: Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов — металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Широкому использованию асинхронных двигателей в современном электроприводе способствует разработка ряда электронных устройств, позволяющих расширить регулировочные свойства двигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные двигатели не только наиболее надежные по сравнению с двигателями другого типа действия, но и самые дешевые. Поэтому применение асинхронных двигателей способствует росту надежности электропривода и снижает капитальные затраты на его создание.

Преподаватель: Переходим ко второй букве алфавита. Что такое «Беличья клетка»?

«Беличья клетка»

Короткозамкнутый ротор (рис.1) выполняется в виде «беличьей клетки».

Алюминиевые стержни (в машинах большой мощности — медные) укладываются в пазы сердечника и замыкаются с двух сторон кольцами.


Рисунок 1 – обмотка «беличья клетка»

Букву «В» алфавита откроем словосочетанием «Возбуждение асинхронной машины».

Возбуждение асинхронной машины

Из принципа действия асинхронного двигателя следует, что непременным условием работы асинхронного двигателя является наличие в нем магнитного поля, вращающегося с частотой n1 (синхронная частота вращения). Это поле создается при включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного переменного тока. Процесс наведения вращающегося магнитного поля называют возбуждением асинхронной машины. Возбуждение создается реактивной (индуктивной) составляющей переменного тока, поступающего из сети в обмотку статора.

Четвертую букву алфавита откроем генераторным режимом. Что вам известно об этом?

Генераторный режим

В соответствии с принципом обратимости электрических машин, асинхронные машины могут работать не только в двигательном, но и в генераторном режимах. Для этого необходимо возбудить асинхронную машину, подключив ее обмотку статора к трехфазной сети, и посредством приводного двигателя (турбина, двигатель внутреннего сгорания) привести во вращение ротор машины в направлении вращения магнитного поля статора с частотой, превышающей частоту вращения этого поля n2 > n1. В этих условиях характер движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы), так как ротор будет обгонять поле статора, и скольжение станет отрицательным, т. е.

ЭДС, наведенная вращающимся полем статора в обмотке ротора вращающегося с частотой n2 > n1, изменит свое направление и превысит напряжение сети. При этом асинхронная машина из потребителя электроэнергии превратится в источник и будет отдавать в сеть активную мощность P2, являющуюся преобразованной механической мощностью приводного двигателя. Другими словами, асинхронная машина будет работать в генераторном режиме.

Что такое двигательный режим?

Двигательный режим

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n2 = 0). При этом скольжение s равно единице. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой n2 лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s~0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением sном. Для асинхронных двигателей общего назначения sном = 1…8 %, при этом меньшие значения номинального скольжения соответствуют двигателям большей мощности.

Что такое естественная механическая характеристика?

Естественная механическая характеристика

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату подведенного к обмотке статора напряжения. Эта зависимость имеет большое значение для эксплуатации асинхронных двигателей, так как падение напряжения в сети, например до 0,8 U1ном, вызовет уменьшение максимального момента до 0,82М=0,64М„ и двигатель не сможет преодолеть даже незначительной перегрузки, т. е. остановится.

Зависимость n2 =f(М) при U1 = const и f=const называется механической характеристикой (рис. 2). Эта характеристика построена в осях (n2/ n1)∙100% и (M/ Mном)∙100%. Рабочая ее часть в пределах от 0 до Mном, показана сплошной линией. Кривая 1, полученная при замкнутом накоротко роторе, называется естественной характеристикой.


Рисунок 2 – Механические характеристики АД

Жесткая механическая характеристика

Естественная характеристика жесткая, как и у двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. При увеличении нагрузки (момента сопротивления) на валу двигателя частота вращения падает незначительно.

«Звезда»

Асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой.

Искусственная механическая характеристика

Кривая 2 (рис.2) называется искусственной характеристикой. Эта характеристика более мягкая, чем первая, и получается при включении добавочного сопротивления в цепь ротора с фазной обмоткой, что можно использовать для регулирования частоты вращения двигателя (крановые и подъемные устройства).

Коробка выводов

Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис.3). В некоторых двигателях небольшой мощности на панели коробки выводов имеется лишь три вывода. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).


а) б)

Рисунок 3 – Расположение выводов обмотки статора (а) и положение

перемычек при соединении обмотки статора звездой и треугольником (6)

Ленц

Эмилий Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц (нем. Heinrich Friedrich Emil Lenz; 12 февраля 1804, Дерпт — 10 февраля 1865, Рим) — знаменитый физик.

От 1823 до 1826 г. принимал участие в качестве физика в кругосветном путешествии Коцебу. Результаты научных исследований этой экспедиции напечатаны им в «Мемуарах Санкт-Петербургской академии наук» (1831). В 1828 г. выбран адъюнктом академии, а в 1834 г. академиком. Вместе с тем он состоял профессором, а в последние годы и ректором спб. унив. Преподавал также в знаменитой Немецкой школе Святого Петра — Петришуле в 1830-1831 г.г., в Главном Педагогическом институте и в Михайловском артиллерийском училище. Лекции его по физике и физической географии отличались замечательной ясностью и строгой систематичностью. Такими же качествами обладали и его известные руководства физики (для гимназии) и физической географии; оба учебника выдержали несколько изданий, но первый из них был особенно распространен. Настолько же блестяща и плодотворна была и научная деятельность академика Ленца.

Главным образом он работал в области электромагнетизма. Выяснению важного значения этих работ посвящены, между прочим, сочинения А. Савельева: «О трудах академика Ленца в магнитоэлектричестве» (СПб., 1854) и В. Лебединского: «Ленц как один из основателей науки об электромагнетизме» (журн. «Электричество» 1895). Главнейшие результаты его исследований излагаются и во всех учебниках физики. Именно:

закон индукции («Правило Ленца»), по которому направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается (1883 г.).

«Закон Джоуля и Ленца»: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника (1844).

Опыты, подтверждающие «явление Пельтье»; если пропускать гальванический ток через висмутовый и сурьмяной стержни, спаянные концами и охлажденные до 0°C, то можно заморозить воду, налитую в ямку около спая (1838).

Опыты над поляризацией электродов (1817) и т. д.

Ректор Петербургского университета академик Э. X. Ленц — один из основоположников теории электромагнетизма и русской школы физиков. Он раскрыл принцип электромагнитной индукции и сформулировал закон, носящий его имя (1833 г.), Э. X. Ленд теоретически установил обратимость электрических машин и установил закон теплового действия тока (закон Джоуля— Ленца).

Максвелл

МАКСВЕЛЛ, ДЖЕЙМС КЛЕРК (Maxwell, James Clerk) (1831–1879), английский физик. Родился 13 июня 1831 в Эдинбурге в семье шотландского дворянина из знатного рода Клерков.

В 1860–1865 Максвелл создал теорию электромагнитного поля, которую сформулировал в виде системы уравнений (уравнения Максвелла), описывающих основные закономерности электромагнитных явлений: 1-е уравнение выражало электромагнитную индукцию Фарадея; 2-е – магнитоэлектрическую индукцию, открытую Максвеллом и основанную на представлениях о токах смещения; 3-е – закон сохранения количества электричества; 4-е – вихревой характер магнитного поля.

Неподвижная часть АД

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса 7 и сердечника 6 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, увеличивающих поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 6.

На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются пазовые части обмотки статора (см. рис. 8.1), соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам.

Охлаждение электрических машин

Охлаждение электрических машин — отвод тепла от активных Частей вращающихся электрических машин.

При прохождении тока по обмоткам электрических машин в них выделяется тепло, что приводит к нагреву обмоток. Если температура нагрева превышает значение, допустимое для используемой Изоляции, то происходит ее тепловое старение. В результате изоляция теряет электрическую и механическую прочность, что может явиться причиной ее повреждения и нарушения работоспособности электрической машины. Для поддержания требуемого температурного режима служит охлаждение.

Эффективность того или иного способа охлаждения определяется теплопроводностью изоляции и теплоемкостью хладагента, а также характером и скоростью его перемещения внутри и вне электрической машины. В качестве хладагента используются воздух, вода, масло и т.д. Жидкий хладагент может служить для охлаждения как ротора, так и статора электрической машины, причем направление его движения может быть свободным или упорядоченным.

Принцип действия АД

Вращающийся со скоростью n1 постоянный подковообразный магнит (рис. 4) создает вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает токопроводящий диск (медный или алюминиевый) и наводит в нем по закону электромагнитной индукции э.д.с. Е. Под действием э.д.с. Е в диске возникает ток I, который создает магнитный поток Ф. За счет взаимодействия двух магнитных по­токов, диска и магнита, диск вращается в ту же сторону, что и подковообразный магнит. Причем n1 всегда будет больше n2. Такое вращение получило название асинхронного. Скорость вращения диска n2 не может достигнуть скорости вращения маг­нита и,, так как в этом случае в диске не будет наводится э.д.с. Описанный принцип асинхронного вращения лежит в основе принципа действия асинхронного двигателя.


Рисунок 4 – Проводящий диск в магнитном поле

Ротор

Ротор — вращающаяся часть машины, состоит из вала, на котором располагается сердечник, набранный из отдельных листов электротехнической стали и обмотки. По типу ротора машины делятся на машины с короткозамкнутым ротором и на машины с фазным ротором (с контактными кольцами).

Скольжение

Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Величина, характеризующая отставание скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора, называется скольжением:

Обычно скольжение выражают в процентах, в зависимости от мощности двигателя скольжение изменяется от двух до восьми процентов.

«Треугольник»

Двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 380 В, то обмотку статора следует соединить треугольником. Напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В.

Устройство АД

Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 5. Двигатель состоит из статора 1 с рабочими обмотками, ротора 3 с лопастями вентилятора 2 и двух ш;итов с подшипниками для вала ротора и вентиляционными отверстиями 4.

Рисунок 5 – Устройство АД

Начала и концы обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя выводятся на щиток корпуса. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали (см. рис. 5), с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса» (рис. 5). Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

Таким образом, если способное вращаться вокруг оси «беличье колесо» поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Для увеличения вращающего момента короткозамкнутый ротор помещен внутри стального сердечника.

Фазный ротор

Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, обычно соединенную по схеме «звезда» и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щеток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы.

В двигателях с фазным ротором имеется возможность увеличивать пусковой момент до максимального значения с помощью пускового реостата, тем самым уменьшая пусковой ток. Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке.

Фазный ротор — вращающаяся часть асинхронной мащины, содержащая разомкнутую обмотку, предназначенную для подключения к внешней цепи.

Асинхронные двигатели с фазным ротором используются в тех случаях, когда необходимо ограничить пусковой ток и получить большой пусковой момент. Обмотка фазного ротора соединяется с пусковым реостатом посредством контактных колец и щеток. При этом пусковой реостат может содержать в каждой фазе резисторы с одинаковым или различным значением сопротивления. При пуске двигателей большой мощности используются жидкостные пусковые реостаты. Запуск асинхронного двигателя производится путем последовательного закорачивания секций пускового реостата до полного закорачивания обмотки ротора (рис. 5).


Рисунок 5 – Фазный ротор

Холостой ход

Холостой ход электрической машины — состояние электрической машины, в котором она не осуществляет преобразование энергии.

Холостой ход электродвигателя — состояние электродвигателя в котором потребляемая им мощность расходуется только на преодоление момента сопротивления, обусловленного трением в подшипниках и потерями на охлаждение.

Холостой ход электродвигателя осуществляется путем подачи на его обмотку номинального напряжения питания при отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения электродвигателя равна номинальному значению, или несколько выше его, а ток потребления имеет минимальное значение.

Цилиндр

Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится трехфазное напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Частота вращения

Три фазы статорной обмотки располагаются под углом 120° друг относительно друга и при подключении к трехфазной сети создают вращающееся магнитное поле с частотой

где f — частота тока сети;

p — число пар полюсов.

Обычно каждая фаза разбивается на секции – полюсы. От числа пар полюсов зависит частота вращения (табл.1)

Таблица 1

p

1

2

3

4

5

6

n1, мин-1

3000

1500

1000

750

600

500

Шихтованная конструкция

С целью ослабления вихревых токов сердечник статора делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Щеткодержатель

В АД с фазным ротором для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис. 6) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу.


Рисунок 6 – Щеткодержатель

Подводя итог всему сказанному, возникает вопрос: «Почему всё-таки электродвигатель вращается?»

Электродвигатель

Вступительный экзамен в ВУЗе. Экзаменатор:

— Объясните, пожалуйста, почему крутится электродвигатель.

— А потому что электричество.

— Что ж это за ответ? Отчего же тогда электрический утюг не крутится?

— А потому что не круглый.

— Ну хорошо, а электроплитка? Круглая? Почему она не крутится?

— А потому что шершавая, трение в ножках.

— Ладно… А лампочка! Электрическая! Круглая! Гладкая! Без ножек! Почему лампочка не крутится?

— А лампочка-то как раз и крутится.

-???!!!

— А вот когда вы ее в патроне меняете, что вы делаете? Вы ведь ее крутите!

— Нда-а… в самом деле… кручу хм… Да! но ведь это Я ее кручу, а не она сама…

— Ну, знаете, само по себе вообще ничто не крутится! Вон электродвигателю тоже, небось, электричество нужно!

Кто же нас снабжает электричеством?

Южные электрические сети

Предприятие «Рославльские (Южные) электрические сети» было создано на базе Рославльского района электрических сетей «Сельэлектро» и| участка Смоленских воздушных высоковольтных сетей. За предприятием была закреплена зона обслуживания на четверти территории области. Она охватывала шесть административных районов: Рославльский, Шумячский, Ершичский, Починковский, Хиславичский, Монастырщинский.

В 1970 г. в состав предприятия вошла Рославльская ТЭЦ.

В 1993 г. произошло акционирование энергетики, и Рославльские электрические сети как филиал вошли в состав ОАО «Смоленскэнерго».

В 2003 г., в связи с ликвидацией предприятий «Смолоблкоммунэнерго», Южные электрические сети возобновили эксплуатацию городских (поселковых) электрических сетей.

Итак, мы добрались до конца, буквы «Я».

Якоби

Якоби Борис Семенович

Якоби (Мориц-Герман Jacobi, Борис Семенович, 1801 — 1874) — физик; по окончании курса в Геттингене Я. переехал в Кенигсберг, где занимался архитекторской практикой. В 1835 г. был приглашен в дерптский университет. На кафедру гражданской архитектуры. В 1837 г. был откомандирован в комиссию для исследования применений электромагнитов к движению машин. Совместно с академиком Ленцем Якоби исследовал электромагнитные притяжения и законы намагничивания железа. Для этой цели он построил особый реостат, названный им вольт-агометром. В 1839 г. Якоби построил лодку с электромагнитным двигателем, который от 69 элементов Грове развивал 1 лошадиную силу и двигал лодку с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое применение электромагнетизма к передвижению в больших размерах.

«Устройство и принцип действия асинхронного двигателя» | План-конспект урока на тему:

                                                                                                               

Технологическая карта

Занятие №16                                                                                      8.10.2015

  1. Тема занятия  — «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя»
  2. Название дисциплины –  Электрические машины и аппараты
  3. Учебник – Кацман М.М. Электрические машины:учебник для студ. учреждений сред. проф. образования — М.:  Издательский центр«Академия», 2014. -496с.
  4. Вид урока  —  комбинированный
  5. Тип урока  —  освоение  новых знаний
  6. Цель урока: организация условий достижения обучающимися образовательных результатов по теме: «Устройство и принцип действия асинхронного двигателя»
  7. Проблемы, решаемые обучающимися – освоение устройства и принципа действия  асинхронных двигателей, правильного выбора схем включения обмоток статора, изучение режимов работы асинхронного двигателя.
  8. Планируемые результаты:

Предметные:

знать: устройство  и принцип работы асинхронного двигателя, схемы включения статорной обмотки, режимы работы асинхронного двигателя

 уметь:  применять  изученный материал на практике.

Метапредметные результаты:

регулятивные УУД: способность к самостоятельному приобретению новых знаний, умение ставить цели,  оценивать результаты выполненной деятельности.

познавательные УУД: умение анализировать, сравнивать, выделять главное,  доказывать,  устанавливать причинно-следственные связи, делать выводы.

 коммуникативные УУД: умение работать в группе, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения,  осуществлять сотрудничество со сверстниками. 

Личностные результаты: положительное отношение к учению, к познавательной деятельности, желание приобретать новые знания и  умения, применять на практике  знания, полученные на занятиях по электрическим машинам.

  1. Оборудование:
  • компьютер, телевизор, раздаточный материал, доска;
  • библиотека учебной, справочно-информационной и научно-популярной литературы;
  1.  Технологии:

личностно-ориентированная технология, ИКТ

Методы формирования новых знаний:

объяснительно-иллюстративный, эвристическая беседа

Методы организации деятельности обучающихся:

проблемно-продуктивный

Методы самостоятельной работы:

решение проблемных задач, построенных на основе  усвоенных знаний и умений;

Методы формирования личностных результатов: беседа.

Формы работы обучающихся: исследовательская, групповая.

Примерное планирование учебного времени

                                                      90 минут

1 Организационный этап                                                                                       10 мин

2. Актуализация  знаний                                                                                        10 мин

3. Освоение новых  знаний                                                                                    35мин

4. Первичная проверка понимания изученного материала                                   5мин

5. Самостоятельная работа                                                                                     20мин

6. Доклад Применение АД в электромобилях                                                       5мин

Рефлексия                                                                                                                  5мин


Этап урока

(занятия)

Деятельность преподавателя

Деятельность обучающихся

Познавательная

Регулятивная

Коммуникативная

Осуществляемые действия

Формируемые умения

Осуществляемые действия

Формируемые умения

Осуществляемые действия

Формируемые умения

  1. Организационный этап

Оргмомент. Постановка целей и задач урока.

Формулирует  проблему для того, чтобы цели и задачи занятия определили обучающиеся —  побуждение к работе с новой информацией, пробуждение интереса к теме

(рассказ об изобретении асинхронного двигателя )

Определяют цель и задачи занятия

Формулирование проблемы

Делают предположения

Постановка цели, планирование деятельности,  прогнозирование

Обмен мнениями

Умение выразить свою мысль, выслушать и принять мнение другого человека

2.. Актуализация  знаний

Воспроизведение и коррекция опорных знаний

Задает вопросы обучающимся по изученному материалу, коментирует ответы, корректируя их

Учавствуют в беседе, отвечают на вопросы

Построение речевых высказываний в устной форме

Вспоминают ранее изученный материал

Анализ изученного материала

Умение  слушать и понимать, взаимооценка

Умение выразить свои знания

  1. Освоение новых  знаний
  1. Устройство асинхронного двигателя
  2. Принцип действия асинхронного двигателя
  3. Режимы работы
  4.  Схемы включения статорной обмотки

Создает условия для получения информации по всем каналам восприятия (объяснение, презентация). Стимулирует выдвижение гипотез

«Мозговой штурм», формулируют  выводы, фиксируют информацию.

Определение смысла информации,   построение высказывания

Выбирают  необходимую информацию согласно поставленной цели,

осуществляя самоконтроль.

Принимать и сохранять цель; определять способы действий в рамках предложенных условий, сравнивать полученную информацию.

Слушают рассказ преподавателя, учавствуют в общей беседе

Умение слушать преподавателя, друг друга и вступать в диалог.

  1. Первичная проверка понимания изученного материала
  1. Назовите  достоинства  и недостатки   АД
  2. Каким основным параметром характеризуются режимы работы двигателя?

Создает возможности проверки усвоенного материала

Стимулирует выдвижение гипотез

Решение задания

Определение смысла информации,   построение высказывания

Предлагают способы решения поставленной задачи

Способы действий в рамках предложенных условий, сравнивать полученную информацию

Обмен мнениями

Умение выразить свою мысль, выслушать и принять мнение другого человека

  1. Самостоятельная работа
  1. Решение задач (работа по карточкам)

Создает возможности проверки усвоенного материала

Работают в парах, осуществляют взаимоконтроль.

Контроль  и оценка

Формируют  умения, оценивают действия свои и   других.

Контроль,  коррекция (сравнение с эталоном),  оценка

результатов своей деятельности.

Обмен мнениями

Умение выразить свою мысль, выслушать и принять мнение другого

Применение АД в электромобилях

Выступление обучающегося

  1. Рефлексия

Итог урока, задание на дом.

Предоставляет возможность  рефлектировать, помогает вопросами:

«Оцените свою работу на занятии. Достигнуты ли цели урока?»

Формулируют  вывод по уроку (что узнали, чему научились), определяют объем  домашнего  задания.

Обсуждают полученные отметки.

Рефлексия деятельности

Отмечают в тетраде  то, над чем будут работать дома и на следующем занятии.

Умение адекватно воспринимать оценку своей деятельности, осознание качества и уровня усвоения материала

Участвуют в общей беседе, подводят итоги; высказывают собственное мнение о проделанной работе и достигнутом результате.

Принятие  точки зрения  других людей  отличной  от собственной.


Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Неподвижная часть асинхронного двигателя – статор имеет трехфазную обмотку, при включении которой в сеть возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля

n1=f1∙60/p.

В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя – ротор, который состоит из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора состоит из стержней, уложенных в пазы сердечника и замкнутых с двух сторон кольцами.

Вращающееся поле статора пересекает проводники (стержни) обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Но так как обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы Fпр, направление которых определяется по правилу «левой руки». Силы Fпр стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил Fпр, приложенных к отдельным проводникам, создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение со скоростью n2. Вращение ротора через вал передается исполнительному механизму.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую.

Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора, зависит от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. При необходимости изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя следует поменять местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Например, порядок следования фаз АВС заменить порядком СВА. Скорость вращения ротора n2 асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля n1, так как только в этом случае возможно наведение э.д.с. в обмотке ротора. Разность скоростей ротора и вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой скольжением,

s=(n1 — n2)/n1.

Часто скольжение выражается в процентах:

s=[(n1 — n2)/n1]∙100.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в пределах от 0 до 1. При этом s≈0 соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя не испытывает противодействующих моментов, а s≈1 соответствует режиму короткого замыкания, когда противодействующий момент двигателя превышает вращающий момент и поэтому ротор двигателя неподвижен (n2=0).

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Так, например, для двигателей нормального исполнения мощностью от 1 до 1000 кВт номинальное скольжение приблизительно составляет соответственно 0,06-0,01, т.е. 6-1%.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя равна

n2=(1-s)∙n1.

На щитке двигателя указывается номинальная скорость вращения nн. Эта величина дает возможность определить синхронную скорость вращения n1, номинальное скольжение sн, а также число полюсов обмотки статора 2р.

Источник: Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. — М.: 1971, с. 288-290.

Описание и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. В случае работы от трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее широко используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель , так как этот тип двигателя не требует дополнительного пускового устройства. Эти типы двигателей известны как асинхронные двигатели с самозапуском.

Чтобы получить хорошее представление о принципе работы трехфазного асинхронного двигателя, важно понимать конструкцию трехфазного асинхронного двигателя.Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор Трехфазного асинхронного двигателя состоит из нескольких пазов для создания трехфазной цепи обмотки, которую мы соединяем с трехфазной. Источник переменного тока. Трехфазную обмотку расположим в пазах так, чтобы они создавали одно вращающееся магнитное поле, когда мы включаем источник трехфазного переменного тока.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, по которым могут проходить проводники.Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, вставленные в каждую прорезь и закороченные концевыми кольцами. Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного скошены, потому что такое расположение снижает магнитный гудение и позволяет избежать остановки двигателя.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Создание вращающегося магнитного поля

Статор двигателя состоит из перекрывающейся обмотки, смещенной на электрический угол 120 o .Когда мы подключаем первичную обмотку или статор к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Секреты вращения:
Согласно закону Фарадея ЭДС, индуцированная в любой цепи, происходит из-за скорости изменения магнитной индукционной связи в цепи . Поскольку обмотка ротора в асинхронном двигателе либо замкнута через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочена концевым кольцом и сокращает вращающееся магнитное поле статора, в медном стержне ротора индуцируется ЭДС, и из-за этой ЭДС через ротор течет ток дирижер.

Здесь относительная скорость между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, согласно закону Ленца, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость.

Таким образом, исходя из принципа работы трехфазного асинхронного двигателя , можно заметить, что скорость ротора не должна достигать синхронной скорости, создаваемой статором. Если скорости станут равными, такой относительной скорости не будет, поэтому в роторе не будет индуцированной ЭДС, не будет протекать ток и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент.Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением. Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель :

  • Самозапускающийся.
  • Меньшая реакция якоря и искрение щеток из-за отсутствия коммутаторов и щеток, которые могут вызвать искры.
  • Прочная конструкция.
  • Экономичный.
  • Легче в обслуживании.

Видео — принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

▷ Синхронные и асинхронные двигатели — где их использовать?

Многие люди часто не понимают, что такое синхронные и асинхронные двигатели, и каковы их области применения. Именно поэтому один из новейших членов сообщества электротехники написал эту статью.Проверьте это ниже:

Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, а также где они обычно используются и чего можно достичь с помощью каждого из этих двигателей.

Давайте сначала сконцентрируемся на их принципах работы…

Синхронные и асинхронные двигатели — Принципы работы

Синхронные двигатели

Это типичный электродвигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость.В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество течет в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле. Это, в свою очередь, индуцируется на обмотках ротора, который затем начинает вращаться.

Требуется внешний источник постоянного тока, чтобы синхронизировать направление и положение вращения ротора с направлением вращения статора. В результате такой блокировки двигатель либо должен работать синхронно, либо не вращаться совсем.

Асинхронные двигатели

Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как и у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель. Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в которых ротор не получает никакой электроэнергии за счет проводимости, как в случае двигателей постоянного тока.

Единственная загвоздка в том, что в асинхронных двигателях нет внешнего устройства, подключенного для возбуждения ротора, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции.Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью, меньшей, чем скорость магнитного поля статора. Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора меняются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «проскальзывание».

Синхронные и асинхронные двигатели — преимущества и недостатки

  1. Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью и заданной частотой независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
  2. Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с запаздыванием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с запаздывающим коэффициентом мощности, который может быть очень низким при уменьшающихся нагрузках.
  3. Синхронный двигатель не запускается автоматически, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
  4. На крутящий момент синхронного двигателя не влияют изменения приложенного напряжения, как на асинхронный двигатель.
  5. Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но асинхронный двигатель не требует внешнего возбуждения для работы.
  6. Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны для пользователя.
  7. Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об / мин), потому что их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об / мин.
  8. В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях за счет использования мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты.Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Синхронные и асинхронные двигатели — применение

Применение синхронных двигателей
  1. Они обычно используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто перегружаются извне для достижения желаемого коэффициента мощности.
  2. Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления отставания p.f.
  3. Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
  4. Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.
Применение асинхронных двигателей

Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они находят широкое применение в самых разных областях. Некоторые из них:

  1. Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы
  2. Компрессоры
  3. Конвейеры
  4. Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
  5. Станки токарные
  6. Масляные, текстильные, бумажные комбинаты и т. Д.
Заключение

В заключение, синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуются характеристики низкой или сверхнизкой скорости, а также при желаемых коэффициентах мощности (как отстающих, так и опережающих). В то время как асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, подъемники, шлифовальные машины и т. Д.

Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?

Асинхронный двигатель и генератор с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель и генератор с короткозамкнутым ротором

ВОЗВРАЩАТЬСЯ ДОМ

ИНДУКЦИОННАЯ МАШИНА С БЕЛОЧНОЙ КЛЕТКОЙ

Принцип работы двигателя и генератора

Вращающееся намагничивающее поле представлен пространственным вектором B m (или, эквивалентно току намагничивания I м ) движется с синхронной скоростью ω s относительно статора (или стационарный) наблюдатель и на скорости скольжения ω sl = ω с — ω м относительно ротора наблюдатель.В моторном режиме работы, где ω м < ω s , ротор эффективно движется назад (по часовой стрелке) относительно поля, вызывая в каждом баре напряжение, имеющее указанную полярность и величину, пропорциональную скольжению скорости u и напряженности поля, действующего на стержень (в соответствии с режущее правило v = Blu). Поскольку магнитное поле синусоидально распределено в пространство, поэтому будут индуцированные напряжения в стержнях ротора.Игнорирование эффектов утечка ротора (т.е. если предположить, что ротор является чисто резистивным), в результате токи ротора совпадают по фазе с индуцированными напряжениями и, следовательно, имеют синусоидальную форму. распределенные в пространстве синусоидально изменяющиеся во времени с частотой скольжения; они могут тогда будет представлен пространственным вектором I r , которые вращаются со скоростью скольжения ω sl относительно ротора и при синхронной скорости ω s по отношению к статору.Потому что B m не может изменяется при фиксированном входном напряжении статора (в соответствии с законом Фарадея) пространственный вектор статора I R создан для компенсировать влияние ротора так, чтобы результирующий ток статора стал Я с = Я R + Я м . В электромагнитная сила, действующая на стержень ротора, может быть получена из f = Bli правило, и оно действует в положительном или против часовой стрелки (как скорость ротора) в настоящем корпус мотора.Результирующий крутящий момент, развиваемый на роторе, также действует в то же направление. Следуйте по пути, по которому движется одна штанга ротора, соблюдая полярность и величину (описываемую размером) тока стержня.

Я н случай генератора где ω m > ω s , все полярности и направления поменяны местами, как видно на правом рисунке (за исключением намагничивающий компонент).

© M. Riaz

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель был изобретен Никола Тесла примерно в конце 1880-х годов, а также другими. состоит из двух частей: статора и ротора, разделенных воздушным зазором. Теперь, когда подается 3-фазное питание (3-фазное означает 3 формы волны напряжения одинаковой величины, но 3 разные фазы) в проводниках статора (катушке). Катушки статора подключены к трехфазному источнику питания, который создает вращающееся магнитное поле.это вращающееся магнитное поле направлено по часовой стрелке. Его также называют синхронным полем. вращающееся поле действует на проводники ротора, но проводник ротора вращается против часовой стрелки в стационарном поле. За счет электромагнитной индукции Фарадея в проводнике ротора возникает напряжение. Поскольку цепь ротора замкнута, либо через торцевое кольцо, либо через внешнее сопротивление индуцированное напряжение вызывает протекание тока в проводниках ротора. По правилу правой руки мы можем определить направление индуцированного тока в проводнике.Направление тока наружу. Ток в проводнике ротора создает собственное магнитное поле.
Мы знаем, что когда проводник, по которому проходит ток, помещается в магнитное поле, на него создается сила. таким образом, сила создается на проводнике ротора. направление этой силы можно найти по правилу левой руки. видно, что сила, действующая на проводник, направлена ​​в том же направлении, что и направление вращающегося магнитного поля. Поскольку проводник ротора находится в прорези на окружности ротора, эта сила действует в касательном направлении к ротору и развивает крутящий момент на роторе.одинаковый крутящий момент создается на всех проводниках ротора. Поскольку ротор может свободно двигаться, он начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле. Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель самозапускается. Поскольку работа этого двигателя зависит от наведенного напряжения в проводниках ротора, он называется асинхронным двигателем.

Трехфазный двигатель IM (асинхронный двигатель) в основном работает по принципу взаимной индукции (как и в случае с трансформатором). Основное различие между ними заключается в том, что трансформатор статичен по своей природе (у него нет движущихся частей), тогда как IM — динамический.

Точечный принцип

  • Трехфазный источник переменного тока, подаваемый на IM, создает вращающееся магнитное поле постоянной амплитуды — RMF (чтобы узнать, как это происходит, погуглите «Создание вращающегося магнитного поля с использованием трехфазного источника питания»), которое вращается с синхронной скоростью относительно статора.
  • Это поле перерезает проводники ротора (которые изначально неподвижны) и индуцирует ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея).
  • ЭДС управляет током в проводниках ротора, поскольку они закорочены.
  • Итак, теперь мы видим, что токопроводящие проводники ротора помещены в магнитное поле, следовательно, сила действует на каждый из этих проводников (см. Закон Лоренца).
  • Сумма сил, действующих на все проводники, вызывает вращающий эффект на ротор (крутящий момент).
  • Теперь вопрос на миллион долларов: «В каком направлении вращается ротор?»
  • На этот вопрос легко ответить, если вы правильно понимаете закон Ленца. В нем говорится, что «следствие противостоит причине».
  • В IM, причиной является «вращающееся магнитное поле, режущее проводники ротора или режущее действие магнитным потоком», а конечный эффект — «крутящий момент».
  • Итак, чтобы эффект (крутящий момент) противодействовал причине (действие отсечки потока), создаваемый крутящий момент заставляет ротор вращаться в том же направлении, что и RMF.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Ротор вращается с близкой к синхронной скоростью, но не с синхронной скоростью.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую.По источнику питания двигатели классифицируются как двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В этой статье мы кратко объясним принцип работы трехфазного асинхронного двигателя.

Двигатели переменного тока более полезны в промышленных приложениях. Из всех двигателей переменного тока трехфазный асинхронный двигатель является наиболее часто используемым двигателем. Потому что у него больше преимуществ, и он указан ниже.

  • Конструкция асинхронного двигателя очень проста и надежна.
  • Асинхронный двигатель — это самозапускающийся двигатель.Следовательно, для запуска не требуются дополнительные аксессуары.
  • Работа асинхронного двигателя очень проста.
  • Это очень дешево по сравнению с другими моторами.
  • Требуется меньше обслуживания. И он может работать в любых условиях окружающей среды.
  • Щетки не используются. Таким образом, уменьшается потеря щеток и искры в двигателе.
  • КПД мотора очень хороший.
  • Требуется только источник переменного тока. Он не требует источника постоянного тока для возбуждения, такого как двигатель постоянного тока или синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель состоит из двух частей;

Статор — статическая часть двигателя. Он состоит из нескольких слотов. Обмотка статора размещена внутри пазов статора. Обмотки статора смещены друг относительно друга на 120 °.

Асинхронный двигатель — это двигатель с одним возбуждением. Следовательно, ему нужен только один источник питания, и трехфазное питание переменного тока подается на обмотку статора.

Когда обмотка статора запитана от трехфазного источника питания, вращающееся магнитное поле индуцируется внутри проводников статора.

Ротор представляет собой многослойный цилиндрический сердечник с параллельными пазами. Обмотка ротора размещена внутри пазов ротора. По типу ротора асинхронный двигатель классифицируется как;

  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • Асинхронный двигатель с контактным кольцом (Асинхронный двигатель с фазным ротором)

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Двигатель работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, ЭДС индуцируется в проводнике из-за скорости изменения магнитной связи через проводник.

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором стержни ротора закорочены концевыми кольцами, а в асинхронном двигателе с контактным кольцом обмотка ротора соединена с внешними резисторами. И это разрезало вращающееся магнитное поле статора.

По закону Фарадея в обмотке ротора наводится ЭДС. Ротор — замкнутый контур. Следовательно, из-за этой ЭДС через цепь ротора будет протекать ток. Этот ток известен как ток ротора.

Когда ток течет по проводнику ротора, на нем наводится магнитный поток.Направление потока ротора такое же, как направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока. Один поток индуцируется в статоре, а второй — в роторе. Вращающееся магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью. И поток ротора отстает от потока статора.

Относительное движение между потоком вращающегося статора и потоком ротора, поток ротора будет пытаться догнать поток статора. Согласно закону Ленца, ротор вращается в направлении магнитного потока статора, чтобы минимизировать относительное движение.И вот так ротор начинает вращаться.

Ток ротора, создаваемый наведенной ЭДС. Поэтому этот двигатель известен как асинхронный двигатель.

Ротор никогда не успевает поймать поток статора. Таким образом, ротор вращает немного меньше, чем скорость статора, и это синхронная скорость.

Если ротор вращается со скоростью синхронной скорости, относительное движение между статором и ротором равно нулю. Таким образом, в роторе не наведена ЭДС, и ток не будет протекать через проводники ротора.Следовательно, крутящий момент не будет создаваться.

В результате ротор не может вращаться со скоростью синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора, известная как скольжение.

9,962 просмотров всего, сегодня 109 просмотров

Принципы и технологии энергосбережения для асинхронных двигателей

Об авторах xiii

Предисловие xv

О книге xvii

1 Введение 1

1.1.1.1 Состояние энергосбережения системы электродвигателя 1

1.1.1 Базовое состояние системы электродвигателя в Китае 1

1.1.2 Основное содержание энергосбережения для электродвигателей в Китае 2

1.1.3 Состояние энергосбережения для электродвигателей в Китае и за рубежом 2

1.2 Основные пути развития энергосбережения для системы электродвигателя 4

1.2.1 Повышение эффективности асинхронного двигателя серии Y 4

1.2.2 Продвижение технологии регулирования частоты вращения 5

1.2.3 Продвижение высокоэффективных двигателей и двигателей с постоянными магнитами 5

1.2.3.1 Высокоэффективный электродвигатель: важный способ энергосбережения 5

1.2.3.2 Электродвигатель с постоянными магнитами: новый вид высокоэффективных двигателей 6

1.3 Энергосбережение: основная национальная политика Китая 6

1.4 Основное содержание этой книги 8

2 Обзор трехфазных асинхронных двигателей 11

2.1 Основная структура и характеристики трехфазных асинхронных двигателей 11

2 .1.1 Основные характеристики трехфазных асинхронных двигателей 11

2.1.2 Основные типы трехфазных асинхронных двигателей 12

2.1.3 Базовая конструкция трехфазных асинхронных двигателей 12

2.1.3.1 Статор 13

2.1.3.2 Ротор 14

2.1.3.3 Воздушный зазор 15

2.1.4 Основные параметры трехфазных асинхронных двигателей 16

2.2 Принцип трехфазного асинхронного двигателя 17

2.3 Рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей 21

2.3.1 Эквивалентная схема асинхронных двигателей 22

2.3.1.1 T Типовая эквивалентная схема асинхронного двигателя 22

2.3.1.2 Упрощенная эквивалентная схема асинхронных двигателей 23

2.3.2 Баланс мощности асинхронных двигателей 23

2.3.3 Рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей 25

2.3.3.1 Характеристика скорости 26

2.3.3.2 Характеристика тока статора 26

2.3.3.3 Характеристика электромагнитного момента T = f ( P 2 ) 26

2.3.3.4 Коэффициент мощности статора 27

2.3.3.5 КПД η = f ( P 2 ) 27

2.4 Механические характеристики трехфазных асинхронных двигателей 27

2.4.1 Три типа формул механических характеристик 27

2.4.1.1 Физическая формула механических характеристик 27

2.4.1.2 Формула параметров механических характеристик 28

2.4.1.3 Практическое выражение механических характеристик 30

2.4.2 Собственные механические характеристики асинхронных двигателей 31

2.4.3 Искусственные механические характеристики асинхронных двигателей 32

2.4.3.1 Искусственные характеристики снижения напряжения статора 32

2.4.3.2 Искусственные характеристики соединения симметричных трех- Фазные сопротивления в контуре ротора 33

2.4.3.3 Искусственные характеристики изменения частоты напряжения статора 34

2.5 Запуск трехфазных асинхронных двигателей 35

2.5.1 Требования к запуску трехфазных асинхронных двигателей 35

2.5.1.1 Чтобы минимизировать воздействие на сеть, пусковой ток должен быть небольшим 35

2.5.1.2 Пусковой крутящий момент должен быть достаточно большим для ускорения процесса пуска и сокращение времени пуска 36

2.5.2 Условия прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором 36

2.6 Стандарты энергоэффективности трехфазных асинхронных двигателей 37

2.6.1 Стандарты энергоэффективности трехфазных асинхронных двигателей МЭК 38

2.6.1.1 Применяемый стандарт 38

2.6.1.2 Стандарты класса 38

2.6.1.3 Расчет интерполяции 39

2.6.2 Стандарты энергоэффективности трехфазных асинхронных двигателей в США и ЕС 40

2.6.3 Энергия Стандарты эффективности трехфазных асинхронных двигателей в Китае 40

2.7 Основные продукты трехфазных асинхронных двигателей 45

2.7.1 Краткое описание существующих продуктов трехфазных асинхронных двигателей 45

2.7.2 Характеристики трехфазных асинхронных двигателей основной серии 46

2.7.3 Основные технические данные трехфазных асинхронных двигателей серии Y2 46

2.8 Трехфазные асинхронные двигатели основных подгрупп в Китае 47

2.9 Темы для обсуждения в главе 55

3 Экономическая эксплуатация трехфазного асинхронного двигателя 57

3.1 Анализ потерь трехфазного асинхронного двигателя 57

3.1.1 Анализ потерь в железе 57

3.1.1.1 Потери в железе 57

3.1.1.2 Методы уменьшения потерь в железе 58

3.1.2 Анализ механических потерь 58

3.1.2.1 Механические потери 58

3.1.2.2 Методы уменьшения механических потерь 59

3.1.3 Анализ потерь меди в статоре и роторе 59

3.1.3.1 Потери меди в статоре и роторе 59

3.1.3.2 Меры по снижению потерь меди в статоре и роторе 59

3.1.4 Анализ потерь из-за рассеяния 59

3.1.4.1 Паразитные потери 59

3.1.4.2 Меры по снижению паразитных потерь 60

3.1.5 Влияние качества электросети на потери 60

3.1.5.1 Влияние колебаний напряжения на различные потери 60

3.1. 5.2 Влияние несимметрии трехфазного напряжения на потери 61

3.1.5.3 Влияние более высокого гармонического тока на потери асинхронного двигателя 62

3.2 КПД и коэффициент мощности трехфазного асинхронного двигателя 62

3.2.1 Определение КПД и коэффициента мощности асинхронного двигателя 62

3.2.1.1 Определение КПД асинхронного двигателя 62

3.2.1.2 Определение коэффициента мощности асинхронного двигателя 63

3.2.2 Расчет КПД и коэффициента мощности асинхронных двигателей 63

3.2.2.1 Расчет рабочего КПД асинхронного двигателя 63

3.2.2.2 Расчет рабочего коэффициента мощности асинхронного двигателя 64

3.2.3 Кривая КПД и коэффициента мощности асинхронного двигателя 65

3.2.3.1 Кривая коэффициента мощности двигателя и ее чертеж 65

3.2.3.2 Анализ кривой КПД и кривой коэффициента мощности 66

3.3 Экономическая эксплуатация двигателя Трехфазный асинхронный двигатель 67

3.3.1 Термины и определения экономичной эксплуатации трехфазного асинхронного двигателя 68

3.3.2 Основные требования для экономичной эксплуатации трехфазного асинхронного двигателя 69

3.3.3 Расчет полного КПД трехфазного асинхронного двигателя 69

3.3.3.1 Общие потери мощности двигателя 69

3.3.3.2 Общий КПД асинхронного двигателя 70

3.3.3.3 Средневзвешенный общий КПД индукции Работа двигателя 70

3.3.3.4 Общий номинальный КПД двигателя 70

3.3.3.5 Коэффициент экономической нагрузки активной мощности 71

3.3.3.6 Коэффициент полной экономической нагрузки 71

3.3.4 Оценка экономической эксплуатации 71

3.3.5 Примеры экономического операционного анализа 72

3.4 Методы расчета энергосбережения трехфазного асинхронного двигателя 75

3.4.1 Использование мощности для расчета суммы экономии энергии 75

3.4.1.1 Активное энергосбережение 76

3.4.1.2 Сохранение реактивной мощности 76

3.4.1.3 Комплексное энергосбережение 76

3.4.1.4 Расчет общего объема энергосбережения 76

3.4.1.5 Расчет общего коэффициента энергосбережения 76

3.4.2 Полный КПД используется для расчета коэффициента энергосбережения 78

3.4.3 Использование накопленной мощности для расчета коэффициента энергосбережения 78

3.5 Метод сравнения и оценки Эффект энергосбережения двигателя 79

3.5.1 Неквалифицированный старый двигатель в качестве эталона 79

3.5.2 Соответствующий старый двигатель в качестве эталона 79

3.5.3 В соответствии с национальным стандартом двигателя в качестве эталона 79

3.6 Темы обсуждения главы 80

4 Принцип энергосбережения и метод согласования мощности двигателя и нагрузки 81

4.1 Обсуждение «более легкой нагрузки» 81

4.1.1 Граница «более легкой нагрузки» 81

4.1.2 Анализ потери меньшей нагрузки 83

4.2 Энергосберегающий принцип согласования мощности 84

4.2.1 Принцип согласования мощности для сохранения энергии 84

4.2.2 Этапы выбора двигателя 87

4.2.3 Выбор номинальной мощности двигателя 88

4.2.3.1 Требования к выбору мощности 88

4.2.3.2 Этапы выбора мощности 88

4.3 Асинхронные двигатели двойной мощности и принцип энергосбережения 92

4.3.1 Двойная мощность Асинхронные двигатели 92

4.3.2 Принцип энергосбережения двигателей с двойной мощностью 93

4.3.3 Анализ энергосберегающего эффекта обмотки в серии 94

4.3.3.1 Расчет уровня энергосбережения Средняя Активная 96

4.3.3.2 Расчет скорости энергосбережения средней реактивной мощности 97

4.3.3.3 Расчет средней полной скорости энергосбережения 98

4.3.4 Метод управления обмоточным электродвигателем с двойной мощностью 98

4.4 Энергосберегающий метод преобразования Y-Δ 99

4.4.1 Силовые отношения Y-Δ 99

4.4.2 Энергосберегающий эффект преобразования Y-Δ 100

4.4.2.1 Анализ потерь 100

4.4.2.2 Тестирование и анализ эффекта энергосбережения 101

4.4.3 Схема управления преобразованием Y-Δ 102

4.5 Энергосберегающий метод переключения расширенной Δ-обмотки 104

4.5.1 Принцип конструкции расширенной Δ-обмотки 104

4.5.2 Схема управления переключением для расширенного Δ 105

4.5.3 Сравнение двухмоторного двигателя 106

4.5.3.1 Диапазон мощности 106

4.5.3.2 Конструкция обмотки и стоимость изготовления 106

4.5.3.3 Стоимость системы управления 106

4.6 Темы обсуждения в главе 106

5 Принцип энергосбережения и методы согласования скорости 109

5.1 Энергосберегающий принцип согласования скорости 109

5.1.1 Базовый Параметры насоса 109

5.1.2 Энергетический анализ системы водоснабжения 111

5.1.2.1 Энергопотребление двигателя в режиме постоянной скорости 113

5.1.2.2 Энергопотребление двигателя в режиме управления скоростью с переменной частотой 113

5.1.2.3 Скорость экономии энергии при использовании частотно-регулируемого управления скоростью 114

5.1.3 Анализ эффективности системы водоснабжения с регулируемой скоростью 115

5.1.4 Сравнение различных методов управления скоростью двигателя 116

5.1.4.1 Регулирование частоты вращения 116

5.1.4.2 Управление скоростью с изменением полюсов 117

5.1.4.3 Каскадное управление скоростью 117

5.1.4.4 Управление скоростью с переменным напряжением 118

5.2 Теоретический анализ энергосбережения при управлении скоростью насоса 118

5.2.1 Характеристическая кривая трубопроводной сети 118

5.2.2 Характеристическая кривая насоса 119

5.2.2.1 Кривая напора – расхода насоса 120

5.2.2.2 Кривая мощности – расхода насоса 120

5.2.2.3 Кривая КПД – расход насоса Насос 121

5.2.2.4 Рабочая точка насоса 121

5.2.3 Теоретический анализ энергосбережения при регулировании скорости насоса 121

5.2.4 Расчет энергосбережения системы водоснабжения с регулируемой частотой вращения 123

5.3 Принцип управления системой водоснабжения с постоянным давлением 124

5.3.1 Принцип управления системой водоснабжения с постоянным давлением 124

5.3.2 Система управления водоснабжением с постоянным давлением 125

5.4 Применение энергосберегающей технологии с регулируемой частотой вращения 127

5.4.1 Основной принцип управления частотой вращения двигателя 127

5.4.2 Выбор преобразователя частоты 129

5.4.2.1 Выбор типа преобразователя 129

5.4.2.2 Выбор источника питания преобразователя 130

5.4.2.3 Выбор частотной характеристики преобразователя 130

5.4.2.4 Выбор функции преобразователя 130

5.4.2.5 Выбор мощности преобразователя 130

5.4.2.6 Выбор других принадлежностей 131

5.4.3 Примеры выбора преобразователя 131

5.4.4 Вопросы, требующие внимания при работе преобразователя 133

5.4.4.1 Проблемы гармоник 133

5.4.4.2 Проблемы с пульсацией крутящего момента 134

5.4.4.3 Проблемы с помехами 134

5.4.5 Применение энергосберегающей технологии VVVF 134

5.4.5.1 Применение вентилятора VVVF 135

5.4.5.2 Применение воздушного компрессора VVVF 136

5.5 Принципы управления скоростью изменения полюса двигателя 137

5.5.1 Принцип работы двигателя при изменении полюса 137

5.5.2 Общие методы изменения полюса двигателя 139

5.5.2.1 Принцип изменения полюса обратного метода 140

5.5.2.2 Метод коммутации 141

5.5.2.3 Метод переменного шага 141

5.5.3 Общие методы подключения концов проводки 142

5.6 Принципы энергосбережения и применение комбинированного управления скоростью с изменением полюсов 143

5.6.1 Примеры Система из нескольких насосов 143

5.6.2 Принципы энергосбережения комбинированного управления скоростью с изменением полюсов 145

5.6.3 Примеры энергосбережения комбинированного управления скоростью с изменением полюсов 147

5.6.4 Сравнение комбинированного управления скоростью с изменением полюсов и переменной частоты Контроль скорости 148

5.7 Темы обсуждения в главе 149

6 Энергосберегающий принцип и метод механических свойств Fit 151

6.1 Нагрузочные характеристики балочной насосной установки 151

6.1.1 Принцип работы балочной насосной установки 152

6.1.2 Требования к балочной насосной установке для привода двигателя 154

6.2 Энергосберегающий принцип механических свойств Fit 154

6.2.1 Характеристики двигателя сверхвысокого скольжения 154

6.2.1.1 Анализ коэффициента мощности 155

6.2.1.2 Анализ эффективности 156

6.2.1.3 Анализ потерь 156

6.2.1.4 Анализ пусковых характеристик 156

6.2.2 Энергосберегающий принцип адаптации механических свойств 157

6.2.2.1 При высоком пусковом моменте, снижении уровня мощности и повышении коэффициента нагрузки 157

6.2.2.2 Мягкие функции двигателя со сверхвысоким скольжением могут улучшить координацию и эффективность системы 157

6.2.3 Применение и стандарты двигателя со сверхвысоким скольжением 158

6.2.4 Применение двигателя с намоткой 159

6.3 Энергосберегающие примеры механических свойств подходят 159

6.3.1 Коэффициент мощности и общий КПД двигателя до трансформации 160

6.3.2 Коэффициент мощности и общий КПД переключения двигателя со сверхвысоким скольжением мощностью 22 кВт 160

6.3.3 Энергосберегающий эффект двигателя 161

6.3.4 Общий эффект энергосбережения системы насосного агрегата 161

6.4 Темы обсуждения в главе 162

7 Энергосберегающий принцип компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 163

7.1 Энергосберегающий принцип компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 163

7.1.1 Реактивная мощность асинхронного двигателя 163

7.1.2 Энергосберегающий принцип компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 164

7.1.3 Роль компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 167

7.1.4 Методы компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 167

7.7.2.2 Выбор емкости компенсирующего конденсатора 168

7.2.1 Расчет реактивной мощности асинхронного двигателя 168

7.2.2 Кривая реактивной мощности асинхронного двигателя 169

7.2.3 Выбор емкости компенсирующего конденсатора асинхронного двигателя 170

7.2.4 Низковольтный шунтирующий конденсатор 172

7.2.4.1 Низковольтный шунтирующий конденсатор с самовосстановлением 172

7.2.4.2 Основные технические индикаторы 173

7.2.4.3 Условия окружающей среды для работы 174

7.2.4.4 Основные параметры национальных стандартов 174

7.2.5 Исследование компенсации реактивной мощности асинхронного двигателя 174

7.2.6 Экспериментальная формула компенсационного конденсатора асинхронного двигателя 176

7.3 Статическая компенсация реактивной мощности асинхронного двигателя 177

7.3.1 Режим статической компенсации 177

7.3.2 Меры предосторожности при статической компенсации 180

7.3.2.1 Предотвращение возникновения самовозбуждения 180

7.3.2.2 Защита от перенапряжения 180

7.3.2.3 Предотвращение сверхурочной работы по техническому обслуживанию 181

7.3.2.4 Предотвращение резонанса 181

7.3.2.5 Предотвращение гармонического влияния системы 181

7.3.2.6 Подавление разряда конденсатора 182

7.3.3 Проверка статического компенсирующего конденсатора 182

7.3.4 Выбор основного устройства компенсирующего устройства 184

7.3.4.1 Выбор разрядного сопротивления 184

7.3.4.2 Выбор токоограничивающего реактора 184

7.3.4.3 Выбор контактора 185

7.3.4.4 Выбор предохранителя 185

7.4 Динамическая компенсация реактивной мощности асинхронного двигателя 185

7.4.1 Динамическая компенсация на основе управления фазой TCR 186

7.4.1.1 Теория схем транзисторной динамической компенсации с фазовым управлением 186

7.4.1.2 Принцип регулирования реактивной мощности с тиристорным управлением 188

7.4.2 Управление IGBT на основе динамической компенсации 189

7.4.2.1 Схема цепи на основе динамической компенсации IGBT 189

7.4.2.2 Теория регулирования реактивной мощности на основе IGBT 190

7.5 Гибридная компенсация 192

7.5.1 Колебательная часть Динамическая компенсация 192

7.5.2 Часть избыточной компенсации динамической компенсации 195

7.6 Тема для обсуждения в главе 196

Дополнительная литература 199

Указатель 201

Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?

Электродвигатели — это машины, преобразующие электрическую энергию в механическую, и в настоящее время они доминируют в современной промышленности.Они просты в использовании, имеют простой дизайн и бывают разных форм, что позволяет им добиться успеха практически в любой ситуации. Электродвигатели могут питаться от постоянного (DC) или переменного (AC) тока, и в этой статье будет рассмотрен конкретный двигатель переменного тока, известный как двигатель с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели представляют собой особый вид асинхронных двигателей, которые используют эффект электромагнитной индукции для преобразования электрического тока в энергию вращения (дополнительную информацию можно найти в нашей статье об асинхронных двигателях).В этой статье объясняются принципы работы двигателей с короткозамкнутым ротором, как они работают и для каких применений они используются. Таким образом, дизайнеры могут сделать осознанный выбор при выборе правильного двигателя.

Что такое двигатели с беличьей клеткой?

Двигатели с короткозамкнутым ротором — это подкласс асинхронных двигателей, которые используют электромагнетизм для создания движения. Это так называемые двигатели с «короткозамкнутым ротором», потому что форма их ротора — внутреннего компонента, соединенного с выходным валом — напоминает клетку.Две круглые торцевые крышки соединены стержнями ротора, на которые действует электромагнитное поле (ЭМП), создаваемое статором, или внешним корпусом, состоящим из многослойных металлических листов и намотки проволоки. Статор и ротор являются двумя основными частями любого асинхронного двигателя, а беличья клетка — это просто один из способов использования эффекта электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через статор, создает ЭДС, которая колеблется с частотой переменного тока, которая «вращается» вокруг ротора, создавая противоположные магнитные поля в стержнях ротора, вызывая движение.

Как работают двигатели с беличьей клеткой?

По сути, двигатели с короткозамкнутым ротором работают не иначе, чем большинство других асинхронных двигателей, и отличаются только конкретным взаимодействием между ротором и статором. Наша статья об асинхронных двигателях содержит обсуждение основных законов, лежащих в основе всех асинхронных двигателей, и дает понимание того, как движение создается за счет магнетизма.

Двигатели

с короткозамкнутым ротором максимизируют электромагнитную индукцию за счет использования стержней ротора для взаимодействия с ЭДС статора.Статор обычно содержит обмотки из проволоки, по которым протекает переменный ток; этот ток изменяется синхронно с синусоидальной кривой (или «чередуется»), которая изменяет направление тока в обмотках провода. Когда ток колеблется, генерируемая ЭДС будет следовать его примеру и в некоторых случаях заставит его «вращаться» с частотой, подобной частоте переменного тока. Эта вращающаяся ЭДС создает противоположное напряжение и ЭДС в стержнях ротора, тем самым толкая ротор, создавая вращательное движение.

Этот ротор не вращается с точной частотой переменного тока, поэтому двигатели с короткозамкнутым ротором (как и другие асинхронные двигатели) считаются асинхронными. Всегда есть некоторая потеря или «проскальзывание» между частотой переменного тока и частотой вращения вала, и это является следствием, в первую очередь, того, почему ротор вращается. Если бы ротор вращался с той же частотой, то величина силы, действующей на стержни ротора, была бы равна нулю, таким образом, не создавая движения. Ротор всегда должен работать медленнее, чтобы почувствовать эффект электромагнитной индукции, как если бы ротор постоянно играл в магнитную игру «догонялки».Чтобы узнать больше, посетите нашу статью о типах двигателей переменного тока.

Характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором

Наша статья об асинхронных двигателях объясняет спецификации для всех типов асинхронных двигателей и является хорошим местом, чтобы увидеть все различные характеристики асинхронных двигателей. В этой статье основное внимание будет уделено тому, что необходимо указать для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а именно фазе, скорости, крутящему моменту и току. Поскольку эти двигатели пользуются огромной популярностью, NEMA и IEC разработали стандартизованные классы двигателей с короткозамкнутым ротором на основе их характеристик скорости-момента.Это позволяет производить взаимозаменяемые двигатели между производителями и упрощает замену двигателей. Эти принципы, а также различные классы стандартных двигателей с короткозамкнутым ротором будут кратко объяснены ниже.

Тип фазы

Асинхронные двигатели

могут приводиться в действие однофазным (одна частота переменного тока) или многофазным (несколько частот переменного тока) в зависимости от входного источника питания. Некоторые из наиболее распространенных типов двигателей с короткозамкнутым ротором используют три фазы, что означает, что входной ток представляет собой три идентичных частоты переменного тока, разделенных на 120 градусов по фазе.Трехфазные двигатели являются самозапускающимися, что означает, что единственным необходимым входом является пусковое напряжение, что делает эти двигатели, по сути, самозапускающимися. Однофазные двигатели также распространены, но они не самозапускаются и требуют некоторого начального толчка. Это связано с тем, что одной частоты переменного тока недостаточно для создания действительно «вращающейся» ЭДС, и необходимо выполнить некоторую компенсацию для имитации вращающегося поля. Это можно сделать с помощью пускателей, которые могут быть конденсаторами, разделенными фазами или другими компонентами. Подробнее о пускателях можно прочитать в нашей статье о типах пускателей двигателей.

Крутящий момент двигателя и кривая крутящего момента-скорости

Хотя двигатели с короткозамкнутым ротором работают с базовыми скоростями и крутящими моментами, им необходимо достичь этого установившегося состояния посредством некоторого переходного пуска. Этот запуск, обычно визуализируемый посредством кривой крутящего момента — скорости, жизненно важен, поскольку он определяет, с какими рабочими условиями может работать двигатель. На рисунке 1 ниже показаны важные области кривой крутящий момент-скорость для любого асинхронного двигателя.

Рис. 1: Кривая крутящий момент-скорость для асинхронных двигателей с обозначенными важными участками.

Пусковой крутящий момент — это крутящий момент при запуске двигателя. Вытягивающий или разрушающий крутящий момент — это максимальный крутящий момент, достигаемый перед максимальной скоростью. Номинальный крутящий момент — это выходной крутящий момент в установившемся режиме, который обычно указан на паспортной табличке двигателя. Разница между синхронной скоростью и скоростью, достигаемой при номинальном крутящем моменте, определяет скольжение двигателя.

Классы NEMA для многофазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Рис. 2: Кривые крутящий момент-скорость для двигателей стандартных классов NEMA.
Таблица 1: Обобщенные характеристики стандартных двигателей NEMA с короткозамкнутым ротором.

Стандарт NEMA

S.C.I.M.

Пусковой крутящий момент

Пусковой ток

Накладка

Класс A

нормальный

нормальный

нормальный

Класс B

нормальный

Низкий

нормальный

класс C

Высокая

Низкий

нормальный

Класс D

Высокая

Низкий

Высокая

На рис. 2 показаны кривые для двигателей с короткозамкнутым ротором различных классов NEMA.Существует четыре основных класса (A, B, C и D), хотя их больше в зависимости от специфики. Эти четыре класса приведены в таблице 1 с точки зрения их пускового момента, тока и величины скольжения. Существуют и другие нестандартные двигатели с короткозамкнутым ротором, но они обычно изготавливаются в соответствии со спецификациями покупателя.

Двигатели

класса A являются наиболее популярным типом двигателей с короткозамкнутым ротором. У них нормальный пусковой момент и ток, а также скольжение менее 5% от синхронной скорости. Распространенными приложениями являются вентиляторы, компрессоры, конвейеры и другие устройства с низкой инерционной нагрузкой, которые позволяют быстро разгонять двигатель.

Двигатели

класса B можно запускать при полной нагрузке, что делает их полезными для высокоинерционных применений (большие вентиляторы, центробежные насосы и т. Д.). Они имеют нормальный пусковой момент, более низкий пусковой ток, чем двигатели класса A, и имеют скольжение менее 5% при полной нагрузке. Эти двигатели иногда взаимозаменяемы с двигателями класса А, особенно когда требуется пониженное пусковое напряжение.

Двигатели

класса C имеют высокий пусковой момент и низкий пусковой ток благодаря конструкции ротора с двойной обоймой. Из-за этого улучшения они более дорогие, чем двигатели классов A и B, но также обладают способностью выдерживать высокие пусковые моменты, например, в нагруженных насосах, компрессорах, дробилках и т. Д.Их скольжение также обычно составляет менее 5%.

Двигатели

класса D обладают наивысшими пусковыми моментами, низким пусковым током и большим скольжением при полной нагрузке (от 5% до 20% в зависимости от применения). Их крутящий момент отрыва происходит на гораздо более низкой скорости, чем у двигателей других классов, что можно увидеть, сравнив положение пиков каждой кривой на Рисунке 2. Высокое сопротивление ротора, которое делает двигатели класса D такими сильными, также отвечает за их более низкий пиковый крутящий момент. скорости, иногда вызывая пиковый крутящий момент при нулевой скорости (100% скольжение).Двигатели класса D обычно применяются в бульдозерах, литейных машинах, пробивных прессах и т. Д.

Заявки и критерии отбора

Асинхронные двигатели

с короткозамкнутым ротором являются популярным выбором в промышленности, отчасти из-за их низкой стоимости, простоты обслуживания, высокой эффективности, хорошего регулирования температуры и безопасности. Их самым большим недостатком является отсутствие контроля скорости, поэтому для решения этих задач были разработаны другие двигатели (двигатели с фазным ротором). Стандартные рамы NEMA позволяют легко выбрать правильный двигатель, требуя только рабочих характеристик проекта.

Так, например, если кузнечный бизнес создает новый силовой молот, который должен обеспечивать быстрые и сильные удары, им следует изучить двигатели класса D, поскольку они обеспечивают чрезвычайно высокий пусковой момент. Точно так же, если двигатель необходим для простого вентилятора HVAC, двигатели классов A и B будут работать отлично. Определите необходимые крутящие моменты, скорости и напряжения для работы, и на рынке обязательно найдется подходящая беличья клетка.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и как они работают.Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://geosci.uchicago.edu
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/indmot.html
  3. http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
  4. https://www.controleng.com/articles/what-to-consider-when-choosing-an-ac-induction-motor/
  5. http: // ocw.uniovi.es
  6. http://people.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sqmovies.html

Прочие изделия из двигателей

Больше от Machinery, Tools & Supplies

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *