Электродвигателем асинхронного типа называется электрическая машина, которая преобразует электроэнергию в энергию механическую. Работает данный агрегат от переменного тока. От синхронного двигателя его отличает тот момент, что статор в нём вращается с большей, чем ротор, частотой.
Краткое содержимое статьи:
Первый двигатель асинхронного типа был изобретён ещё во время Российской Империи, а именно 8 марта 1889 г. Автор изобретения – великий русский мастер инженерной мысли М. О. Доливо-Добровольский.
Сегодня область использования подобных электродвигателей довольно широка. Они считаются наиболее распространённым видом двигателей, поскольку совершили технический переворот в промышленной сфере.
Можно дать следующее описание асинхронных электродвигателей: это единственная разновидность двигателей, в которой полюсы создаются благодаря такому явлению, как индукция. Поэтому их часто называют индукционными.
Другие устройства используют катушки, питаемые током, магниты, и лишь в асинхронных электрических машинах применяются наводки – именно они создают движущую силу.
Современные преобразователи электроэнергии в энергию механическую обладают следующими преимуществами:
К недостаткам относятся:
Конструкция асинхронного двигателя достаточно проста. Ее базовые элементы — это статор и ротор.
Статор имеет вид цилиндра, собранного из стальных листов. Обмотки находятся в пазах сердечника. Обычно для них используют обыкновенный силовой кабель. Оси обмоток располагаются под углом 120 градусов по отношению друг к другу. Соединение их концов может быть в треугольной форме или в форме звезды – это зависит от напряжения.
Далее поговорим о роторе. Выделяют две разновидности – короткозамкнутый ротор и фазный. Как показывают фото асинхронных двигателей, первая разновидность ротора имеет вид наборного стального сердечника. Его пазы заливают алюминием. Полученные стержни накоротко замыкают особыми торцевыми кольцами.
Подобный конструкционный элемент носит название беличьей клетки. Для электродвигателей с большими мощностными характеристиками допустимо заменить алюминий медью.
Фазный ротор характеризуется трёхфазной обмоткой, схожей со статорной. Чаще всего концы обмоток образуют форму звезды, а свободные подводят к специальным контактным кольцам.
Подобная конструкция даёт возможность при необходимости осуществить ввод добавочного резистора, который позволяет менять активное сопротивление. Это необходимо, если нужно уменьшить значение пускового тока.
В основе принципа работы электродвигателя асинхронного типа лежит применение вращающегося магнитного поля. Оно образуется в статоре, взаимодействует с токами, наводящимися им же в роторе. Важный нюанс: возникновение вращающегося момента возможно только при разных частотах, с которыми вращаются магнитные поля.
В зависимости от месторасположения ротора принято выделять следующие типы асинхронных двигателей:
Обслуживание асинхронных электродвигателей включает в себя:
Задачей обслуживания является своевременное обнаружение неисправных элементов и дефектов. Его основная цель – профилактика. Мелкие неисправности могут быть исправлены на месте. Исправление серьёзных потребует обращения к специалистам.
Как выбрать асинхронный двигатель? Здесь нужно учитывать условия, в которых он будет эксплуатироваться, и характеристики питающих цепей.
Вот несколько рекомендаций:
Приобретение асинхронной электрической машины уместно, если есть необходимость комбинировать долговечность мотора и возможность плавно регулировать частоту вращения. В других случаях лучше использовать двигатель другого типа.
Если вы не нуждаетесь в реверсировании, то оптимальным вариантом будет однофазный электродвигатель асинхронного типа.
Для трёхфазной сети лучше приобрести и мотор трёхфазный. Это наиболее рационально.
electrikmaster.ru
Приводится обоснование необходимости периодического ТО АД. Предлагается приблизительный перечень работ по ТО АД
Асинхронные электродвигатели отличаются очень высокой надежностью, высокой бесперебойностью своей работы (при соблюдении допустимой продолжительности включения).
Однако, это не означает, что «асинхронники» являются вечными. Поэтому на каждом предприятии рекомендуется составить график проведения технического обслуживания асинхронных двигателей. Перечень работ при ТО асинхронных двигателей может быть таким:
1. Внешний осмотр и оценка состояния механической части
Техническое обслуживание асинхронного электродвигателя следует начинать с его подробного внешнего осмотра. В первую очередь определяется наличие очевидных неисправностей. Корпус двигателя следует очистить от грязи и пыли при помощи стальной щетки. Он не должен иметь сколов и повреждений. Из-за вибраций и динамических нагрузок, а также при неровностях и дефектах монтажной площадки, нередко случается, что одна из монтажных «лап» откалывается. Такой двигатель выбраковывается и не допускается к дальнейшей эксплуатации.
В обязательном порядке следует проверить наличие крышки клеммной коробки, а также крышки, закрывающей роторные выводы у двигателей с фазным ротором. Эти крышки должны закрываться плотно, без зазоров. Их смятия и повреждения не допускаются.
Каждый асинхронный электродвигатель должен иметь на корпусе шильдик – табличку с информацией о номинальных параметрах. Необходимо контролировать читаемость всех надписей на шильдике и, при необходимости, восстанавливать их, чтобы не иметь в хозяйстве «неопознанных» электродвигателей.
При выполнении технического обслуживания двигатель необходимо отсоединить от трансмиссии: снять приводной ремень, цепь или полумуфту. После этого следует провернуть вал вручную. Он должен проворачиваться с усилием, обусловленным только инерцией ротора, посторонние звуки, скрежет и хруст должны отсутствовать.
Следует вскрыть кожух, скрывающий крыльчатку двигателя (при закрытом исполнении). Крыльчатка не должна болтаться, иметь люфты в любом направлении, стопорный винт должен быть затянут.
Вал двигателя не должен перемещаться в радиальном и осевом направлениях, а звездочка или шкив на валу должны быть закреплены надежно и не болтаться. Все болтовые соединения должны быть протянуты, а резьба не должна быть сорвана. Дефектные детали и элементы крепежа подлежат замене.
Далее необходимо вскрыть крышки подшипниковых узлов. Состояние подшипников и подшипниковых гнезд определяется визуально. Исключаются трещины, сколы колец подшипника, неправильное его положение относительно вала (перекос). Перед закрытием подшипниковый узел набивается смазкой (маслом или специальной консистентной смазкой). Контроль наличия и состояния смазки в подшипниковых узлах вообще рекомендуется производить ежесменно.
2. Внешний осмотр и оценка состояния электрической части
Для оценки состояния статорных выводов и токосъемного устройства ротора, крышки двигателя вскрываются. Изоляция статорных выводов должна иметь быть целой, без трещин и повреждений, в противном случае изоляцию необходимо восстановить при помощи изоленты и киперной ленты. Клеммная колодка, при ее наличии, не должна быть оплавлена или повреждена – в противном случае она подлежит замене.
Наконечники статорных выводов могут быть окислены или иметь на поверхности нагар – это признак плохого электрического контакта. При наличии подобных дефектов наконечники следует зачистить до металла и вновь соединить обмотки по необходимой схеме. Полость клеммной коробки двигателя следует аккуратно очистить от пыли и грязи.
Остаточная величина токосъемных роторных щеток двигателей с фазным ротором должна быть не менее 4 мм. Их контактная поверхность должна быть ровной и плотно прилегать к токосъемному кольцу. Сколы и трещины на щетках исключаются. Дефектные щетки подлежат замене. Перед установкой они шлифуются под поверхность токосъемного кольца при помощи стеклянной бумаги.
Токосъемные кольца следует очистить от пыли и грязи при помощи ветоши, смоченной в керосине. Задиры, повреждения токосъемных колец не допускаются. Причиной возникновения таких дефектов может быть не замеченный вовремя предельный износ щеток.
Напоследок необходимо проконтролировать состояние заземляющего проводника электродвигателя. Его жилы должны быть целыми, без повреждений, а болтовые крепления наконечников должны быть надежно затянуты.
3. Измерения и испытания
На данном этапе при помощи мегомметра проверяется сопротивление изоляции статорных обмоток, а для двигателей с фазным ротором – и обмоток ротора. Электрическое сопротивление статорных обмоток проверяется относительно корпуса двигателя, а сопротивление обмоток ротора – относительно рабочего вала. При рабочей температуре нормальным считается сопротивление изоляции обмоток 0,5 Мом или более. На практике же сопротивление изоляции исправных электродвигателей исчисляется десятками Мом.
Далее необходимо измерить сопротивление статорных обмоток постоянному току. Сопротивления пофазно должны быть одинаковыми, это косвенно свидетельствует об отсутствии межвитковых коротких замыканий. Для этого измерения лучше пользоваться не мультиметром, а прибором с более высоким классом точности, поскольку сопротивление обмоток на постоянном токе исчисляется долями Ом.
После произведения перечисленных измерений двигатель подключается к сети, его крышки закрываются. Двигатель включается в работу на холостом ходу. Проверяется отсутствие вибраций, биений рабочего вала, пофазно измеряются и соотносятся друг с другом токи холостого хода. Рукой проверяется наличие/отсутствие нагрева корпуса двигателя в течение как минимум 15 минут работы.
Некоторое повышение температуры является нормой, и допустимая его степень определяется классом стойкости изоляции. Но, например, повышение температуры корпуса до 100°C явно свидетельствует о каких-либо проблемах в работе электродвигателя.
Только после этого двигатель соединяется с трансмиссией рабочего механизма и включается в работу под нагрузкой. Техническое обслуживание можно считать выполненным.
4. Общие замечания
Основная цель технического обслуживания – профилактика и своевременное обнаружение неисправностей. Если обнаруженные дефекты не являются крупными и серьезными, принимается решение об их устранении на месте в ходе ТО. Для произведения крупного и ответственного ремонта двигатели доставляются в специально оборудованный электроцех.
В систематическом техническом обслуживании нуждаются не только асинхронные электродвигатели. Но именно в их отношении такой необходимостью часто пренебрегают.
Однако отсутствие своевременного ТО чревато для двигателя серьезными поломками и неисправностями, устранение которых может занять много времени и сил. Могут возникнуть механические повреждения железа статора, обмотка двигателя может прийти в полную негодность, может случится даже возгорание в коробке или в рабочей полости двигателя.
Перечень работ при ТО по согласованию с главным инженером или главным энергетиком предприятия не обязательно должен быть именно таким, как предложено в этой статье. Решающее значение имеют условия работы: влажность окружающего воздуха, температура, пыльность помещения и, наконец, интенсивность работы. Те же факторы следует принимать во внимание и при определении периодичности проведения ТО асинхронных двигателей.
volt220.ru
Асинхронный двигатель конструктивно состоит из статора - неподвижная часть и ротор - вращающаяся часть.
Статор. Сердечник статора представляет из себя цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали с пазами на внутренней стороне. В эти пазы уложены трехфазные обмотки, соединенные с сетью (Рис.7.9.).
Рис.7.9.
Существует два типа ротора:
Беличья клетка (короткозамкнутый ротор). На рис. 7.10. и 7.11. представлены: сердечник ротора и короткозамкнутая обмотка.
Рис.7.10. Рис.7.11.
На практике обмотка ротора отливается из алюминия в отверстия в пластинах сердечника, одновременно с этим отливаются элементы охлаждения двигателя (крылья).
Фазный ротор. Если вместо отверстий в пластинах сердечника сделать пазы, то в них может быть уложена трехфазная обмотка ротора, которая с помощью щеток и колец соединяется с внешней цепью. Как правило, это соединение "звезда" вместе с трехфазным реостатом.
Если вращающееся магнитное поле создает синусоидальный магнитный поток Фmp, то (аналогично трансформатору) имеем выражения для ЭДС статора E1 = 4,44 f1 N1 K1 Фmp, и ротора E2s = 4,44 f2 N2 K2 Фmpгде: K1 ,K2 - обмоточные коэффициенты; N1 ,N2 - число витков обмоток; f1 - частота сети; f2 - частота роторных токов, зависящая от скольжения и частоты сети f2 = sf1.
В момент пуска двигателя, когда n = 0 и s = 1 ЭДС ротора будет
E2 = 4,44 f2 N2 K2 Фmp или E2s = s E2.
То есть ЭДС ротора зависит от скольжения.
Исходя из ранее сказанного, можно записать выражения для реактивных сопротивлений статора и ротора: X1 = 2 f1 L1и X2s = 2 f2 L2.
Зная, что f2 = s f1 имеем X2s = s 2 f1 L2 и тогда для пуска двигателя получим X2 = 2 f1 L2. Итак реактивное сопротивление ротора также зависит от скольжения X2s=sX2.
Аналогично трансформатору можно представить эквивалентные схемы ротора и статора (Рис.7.12. и 7.13.):
Рис.7.12. Рис.7.13.
Согласно II закону Кирхгофа запишем уравнения соответствующие данным схемам: 
где: U1 - напряжение сети; X1, R1 - реактивное и активное сопротивления статора; X2s, R2 - реактивное и активное сопротивления ротора; E1 ,E2s - ЭДС статора и ротора.
Для пуска двигателя (s = 1) имеем: 
Когда ротор вращается (0<s<1), первое уравнение остается неизменным, а второе трансформируется в: 
откуда
.
Подставляя в уравнение следующее выражение 
, получим
, где:
- эквивалентная нагрузка двигателя.
Активная электрическая мощность трехфазного асинхронного двигателя известна 
,.
где два первых члена уравнения соответствуют электрическим потерям в статоре и роторе, а третий определяет электрическую мощность, которая преобразуется в механическую.
Согласно классической формуле механики имеем Pмех=M =Ms(1 - s),
где: M - механический момент [Н м]; - угловая скорость [рад/сек].
Приравнивая электрическую и механическую мощности, получим 
= Ms (1 - s), откуда формула момента будет 
.
Считая, что 
аналогично трансформатору, выделим из основных уравнений асинхронного двигателя ток ротораI2, исключая при этом ЭДС E2 : 
Пренебрегая падениями напряжения I1R1 и I1X1 по сравнению с U1, получим: 
. И тогда окончательно в действующих значениях будем иметь:
В результате выражение для вращающего момента будет иметь вид:
studfiles.net
 |
В электромашиностроении наибольшее применение нашли электротехнические стали и чугун. Для массивных ферромагнитных роторов в качестве ферромагнетиков наиболее приемлемыми являются конструкционные стали Ст.3, Ст.45 и другие ее марки, а также различные сплавы. Для микромашин возможно применение ферритов.
Характерной особенностью (свойством) ферромагнетиков являются повышенные значения и нелинейность магнитной проницаемости µ=B/H. Это свойство обеспечивает широкие пределы изменения электромагнитных параметров эквивалентных обмоток или их частей в зависимости от частоты вращения ротора и значения подводимого к обмотке статора напряжения. Так, с целью увеличения активного и индуктивного сопротивлений рассеяния короткозамкнутой обмотки ротора и снижения пусковых токов используется короткозамыкающее кольцо из железа.
И если научно-исследовательские работы, проводимые с целью повышения технико-экономических показателей обычных короткозамкнутых двигателей, были направлены на увеличение сопротивлений и пределов их изменения, то аналогичные работы с массивными ферромагнитными роторами (МФР) ведутся с целью снижения значений электромагнитных параметров. Для решения таких задач предложены различные модификации МФР. Основными целями таких работ были, с одной стороны, сохранение естественной механической характеристики двигателя без явно выраженного максимума (придает двигателю хорошие регулировочные и динамические свойства) и, с другой стороны, повышение ее жесткости при малых значениях скольжения (обеспечивает повышение полезной мощности и энергетических показателей в номинальном режиме работы двигателя).
Общая классификация конструкционных исполнений роторов с массивными ферромагнитными элементами
Асинхронные двигатели классифицируются по различным признакам:
Ниже приведена классификация асинхронных двигателей по конструкционному исполнению роторов с массивными ферромагнитными элементами с нелинейными (частотно-зависимыми) электромагнитными параметрами.
Предлагаемая ниже классификация является в определенной мере условной, поскольку некоторые конструкции роторов могут быть отнесены одновременно к двум или нескольким группам. Кроме того, некоторые изменения в конструкции ротора, направленные, например, на улучшение условий охлаждения, снижение вибраций и шумов, предотвращение разрушения при тепловой деформации или для удовлетворения других требований, в той или иной мере оказывают влияние на изменение электромагнитных параметров и наоборот.
Асинхронные двигатели, в роторах которых используются массивные ферромагнитные элементы в качестве активных частей (т.е. частей, участвующих в преобразовании энергии), можно подразделить на следующие группы:
Первые конструкционные варианты массивного ферромагнитного ротора представляют собой обычный сплошной однородный и гладкий (с торцовых и боковой поверхностей) цилиндр, выполненный из ферромагнитного материала. Таким материалом была обычная конструкционная сталь. В последствии были предложены различные композиционные материалы. Они характеризуются примерно такими же электромагнитными свойствами, но сравнительно сложной технологией изготовления как самих материалов (ферромагнитных и медных опилок), так и ротора (перемешивания, формовки, прессовки и спекания с заполнителем при высокой температуре). В последнее время разработаны и опробованы марки ферромагнитного чугуна, специально предназначенного для замены стали. При этом ротор может изготовляться способом литья с различными геометрическими формами (например, с пазами).
Предполагаемые положительные свойства обычного МФР нивелировались выявленными в процессе исследований недостатками. Главными из них являлись слишком большие значения активного и индуктивного сопротивления рассеяния. Поэтому Шенфер К.И. предложил первые модификации МФР, которые детально описаны в [1]. Позже были предложены другие конструкционные исполнения МФР, оформленные на уровне изобретений или описанных в статьях. Классификация их в виде структурной схемы показана на рис.1.
Рис.1 Классификация роторов с массивными ферромагнитными сердечниками |
Выявив недостатки асинхронных двигателей со сплошным массивным ферромагнитным ротором, Шенфер К.И. предложил первое изменение в эту конструкцию. Оно заключалось в применении короткозамкнутых колец на торцах цилиндрического ротора, выполненных из цветных металлов. Предполагалось, что осевые токи в массиве ротора будут замыкаться на торцах через короткозамыкающие кольца с меньшим электрическим сопротивлением. Это должно было бы привести к улучшению характеристик двигателя. Однако, крепление короткозамыкающих колец к массиву с помощью болтов, не обеспечивало достаточного и надежного электрического контакта между соприкасающимися поверхностями и в таком варианте не привело к существенному улучшению характеристик.
С целью повышения технологичности и обеспечения надежного электрического контакта Харитонов А.М. предложил конструкцию МФР (рис.2), в которой короткозамыкающие кольца (поз. 1) из немагнитного материала с малым удельным электрическим сопротивлением размещены в кольцевых выточках, сделанных в торцовых частях, и скреплены с ротором (поз. 2) посредством заливки [5].
Рис.2 Констнукция МФР Харитонова А.М. |
Следующим предложением Шенфера К.И. было усовершенствование МФР путем выполнения на цилиндрической поверхности ротора продольных узких пазов. Затем он объединил это предложение с предыдущим. Само по себе выполнение продольных пазов не вызывает затруднений, то есть является высоко технологичным, но весьма трудоемким при их фрезеровании.
Первоначальные исследования двигателей с зубчатым МФР показали, что применение пазов не приводит к существенному улучшению характеристик. В то же время, сочетание выполнения пазов с применением медных короткозамыкающих колец приводит к заметному улучшению характеристик двигателя [1].
Более глубокие исследования показали, что при различных числах и размерах пазов в МФР можно добиться значительного улучшения показателей двигателей. Число пазов и их геометрия зависят от числа пазов статора, числа полюсов, габарита двигателя и других факторов. На рис.3 показана конструкция МФР, в котором пазы (поз. 1) фрезерованы только в активной части машины, т.е. на длине, равной длине пакета стали статора. Не фрезерованные части с обоих торцов ротора как бы образуют короткозамыкающие кольца.
Рис.3 |
В авторском свидетельстве [2] предложена конструкция МФР с открытыми пазами (поз. 1 на рис.4) и оптимальными размерами, а лобовые части имеют диаметр на стыке с зубцовой зоной меньше диаметра ротора на 0,4…1,0 высоты зубца (рис.4). Сравнивая эти конструкции, видим, что они противоречат друг другу.
Рис.4 |
Различные конструкционные исполнения МФР со своеобразным исполнением лобовых частей показаны на рис.5,а–е [8] и рис.5,ж, з [9]. Множество вариантов МФР с разными геометрическими параметрами торцовых зон с короткозамкнутыми кольцами приведено в [3].
С целью снижения добавочных потерь на поверхности МФР от зубцовых гармоник статора предложено выполнять канавки (кольцевые проточки) прямоугольного сечения (см., например, рис.5,г), расположенные на равном расстоянии в осевом направлении. Расстояние между канавками и их глубина приблизительно в 20 раз больше воздушного зазора.
Рис.5 Различные конструкционные исполнения МФР со своеобразным исполнением лобовых частей |
Сосредоточение магнитного поля у цилиндрической поверхности массивного ротора позволяет выполнять ротор в виде полого цилиндра. Это способствует снижению массы и махового момента ротора, повышению быстродействия двигателя и улучшению условий отвода тепла с увеличенной поверхности активной части ротора. Экспериментально установлено, что замена сплошного ротора ротором в виде полого цилиндра (рис.6) с толщиной стенки 25 мм практически не оказывает влияния на ухудшение характеристик и энергетических показателей двигателя. Эксперименты проводились с двигателем номинальной мощностью Р2Н=13,0 кВт и числом полюсов 2р=4. Возможность выполнения МФР в виде тонкостенного полого цилиндра подтверждается и опубликованными данными [4].
Рис.6 |
Это обстоятельство подсказывает возможность и целесообразность выполнения асинхронного двигателя с внешним ротором (поз. 1 на рис.7) в виде тонкостенного полого цилиндра (рис.7). Положительными свойствами такой конструкции двигателя являются: сравнительная простота изготовления; сравнимые с обычными короткозамкнутыми двигателями масса и габариты на единицу мощности; хорошие условия для охлаждения; отличные регулировочные и пусковые свойства; возможность совмещенного выполнения ротора и механизма. Двигатели с внешним ротором могут найти широкое применение для различных намоточных устройств, рольгангов, насосов, мешалок, вентиляторов, транспортеров (мотор-роликов), мотор-колес, электроинструментов, сельскохозяйственных машин и т.п. Замена в них короткозамкнутого ротора на МФР придает асинхронным двигателям улучшенные пусковые, регулировочные и динамические характеристики, а также преимущества, рассмотренные выше.
Рис.7 |
Асинхронные двигатели с массивными ферромагнитными роторами и короткозамкнутыми обмотками
Описание этой группы роторов выделено в отдельный параграф, чтобы обратить внимание читателей на важность, возможность решения проблемы регулируемого электропривода и перспективность практического применения.
Варьированием числом стержней, геометрическими параметрами и свойствами применяемых материалов для короткозамкнутой обмотки можно получить спектр характеристик, приближающихся к характеристикам двигателей с короткозамкнутым или массивным ферромагнитным роторами. Этому способствуют специально разработанные для этих целей марки электромагнитного чугуна. Хорошие литьевые свойства чугуна позволяют получать образцы роторов различных геометрических форм с требуемым числом, сечением, расположением и формой пазов. Заливка пазов алюминием может осуществляться по традиционной технологии изготовления обычных роторов с короткозамкнутой обмоткой.
Вложение стержней короткозамкнутой обмотки в МФР может осуществляться на различную глубину. При этом высота промежутка над стержнем до поверхности ротора должна приближаться к глубине проникновения электромагнитной волны в ферромагнитный массив при скольжении s=1. В такой конструкции пусковой момент двигателя создается токами в зубцах. По мере увеличения скорости вращения снижается частота токов и увеличивается глубина проникновения электромагнитной волны. В работе двигателя все большее участие принимает короткозамкнутая обмотка, придавая необходимый вид механической характеристике.
Экспериментальные исследования АД с МФР и короткозамкнутыми обмотками показали, что для получения удовлетворительных регулировочных характеристик вложение меди в них должно составлять примерно 15…20% от вложения меди в обычных короткозамкнутых роторах, что обеспечивает значительное удешевление таких двигателей.
Поскольку данные результаты получены при переменном сечении стержней, а необходимые свойства получены при размещении стержней на дне паза, то были продолжены исследования АД с МФР с различным числом пазов и их сечением и нормальным расположением стержней [5].
Предложены различные модификации МФР с короткозамкнутыми обмотками. Так, на рис.8,а показана конструкция, в которой стержни короткозамкнутой обмотки (поз. 1) размещаются в закрытых пазах. Они располагаются от поверхности МФР ротора на расстоянии, равном глубине проникновения электромагнитной волны при скольжении s³0,8. Рекомендуется стержни изолировать от МФР или снабжать их на некоторой длине от торцов покрытием, улучшающим контакт с МФР.
Рис.8 |
На рис.8,б показано осевое сечение МФР, в закрытых пазах которого расположены стержни короткозамкнутой обмотки. Короткозамыкающие кольца расположены в торцовых выточках и закрыты крышкой из материала с низкой магнитной проницаемостью. Для уменьшения магнитного потока рассеяния над стержнями фрезерованы пазы [6].
В этом же патенте предложена модификация ротора, состоящего из двух или более концентрических цилиндров из материала с высокой магнитной проницаемостью. Цилиндры сварены вместе по торцам. Однако такую конструкцию уже необходимо отнести к многослойным роторам, которые будут рассматриваться отдельно.
Кроме перечисленных модификаций МФР предложены и исследованы АД с МФР, выполненными из сплавов (железо, никель, медь). Основной задачей в этом случае было добиться оптимальных значений магнитной проницаемости, при которой характеристики двигателя значительно улучшаются по сравнению с характеристиками АД с МФР из стали. Однако технология изготовления этих роторов такова, что требует новых производственных площадей, нового материала и установки нового оборудования. Вместе с тем, энергетические показатели и использование габаритной мощности двигателя с такой конструкцией ротора остаются низкими.
Литература
electrician.com.ua
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором – одни из наиболее распространенных двигателей переменного тока. В приводах различных узлов в основном используют трехфазные асинхронные электродвигатели, которые подключают к трехфазной промышленной сети переменного тока. Ток, проходящий по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Вращаясь вокруг ротора, магнитное поле пересекает проводники его обмотки, наводит в них ЭДС. Соответственно в коротко-замкнутом роторе начинает протекать ток. При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем статора появляются силы (потокосцепление статора и ротора), заставляющие ротор двигаться вслед за магнитными полем. Создающийся вращающий электромагнитный момент пропорционален магнитному потоку поля статора и току ротора.
ЭДС и частота в обмотке ротора зависят от скорости пересечения вращающим полем проводника обмотки ротора, т. е. от разности частоты вращения поля nо и ротора nр. Чем больше разность (n0 — nр), тем большая индуцируется э.д.с. и тем выше ее частота изменения. Следовательно, необходимым условием для возникновения в асинхронном двигателе вращающего момента является неравенство (асинхронность) частот вращения n0 и nр Именно поэтому двигатель и называется асинхронным (не синхронным). Разность частоты вращения поля статора и ротора характеризуется коэффициентом скольжения s = (n0 — nр) /n0.
Если асинхронная машина нормального исполнения, то при номинальном режиме работы скольжение должно быть в промежутке 0,01—0,1. С появлением нагрузки на валу двигателя оно повышается, что вызывает увеличение тока в обмотке ротора, а следовательно, и электромагнитного момента. Чем ниже величина скольжения, тем экономичнее работает двигатель. Вращающееся поле, которое создает обмотка статора, может быть двухполюсным, четырехполюсным и т. д. Число пар полюсов – определяют при проектировании обмотки статора. При одной и той же частоте тока в обмотке статора многополюсное поле будет вращаться медленнее, пропорционально числу пар полюсов, что часто используется при ступенчатом регулировании частоты вращения.
Важными эксплуатационными характеристиками асинхронных машин, работающих в приводах главного движения станков, являются их максимальная перегрузочная способность и кратность пускового момента (отношение максимального момента к номинальному).
Перегрузочной способностью Км называют отношение максимального момента Мтах,, развиваемого двигателем, к номинальному Мн. Это отношение составляет обычно Ки = Мтах/Мн = 1,8 — 2,5. Момент, развиваемый двигателем при пуске (nр= 0), называется пусковым моментом.
Отношение пускового момента к номинальному называют кратностью пускового момента Кп = Мпуск/Мн. Кратность пускового момента составляет 1,1 —1,8.
Чем выше перегрузочная способность Км, тем выше способность двигателя к перегрузкам. Больший пусковой момент Кп соответствует двигателям со значительным моментом нагрузки на валу.
Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором сопровождается довольно большим скачком пускового тока. Он иногда может в семь-десять раз превышать номинальный. Обычно двигатели малой мощности пускают прямым пуском.К числу таких двигателей относятся и двигатели приводов металлорежущих станков. Пуск мощных асинхронных приводов сопровождается большой просадкой напряжения, поэтому их пуск производят через различные пусковые устройства или пускают на холостом ходу.В некоторых механизмах иногда требуется плавный разгон двигателя. В этом случае наиболее эффективен пуск с помощью тиристорного блока управления, позволяющего плавно увеличивать частоту питающего напряжения.
Скорость вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором как правило регулируют либо изменением числа пар полюсов, либо изменяют частоту и величину питающего напряжения на статоре машины. Первый способ позволяет довольно просто осуществить лишь ступенчатое регулирование, причем чем больше число пар полюсов обмотки, тем ниже частота вращения. При втором способе достигается плавность регулирования в широком диапазоне, но требуются специальные сложные и дорогостоящие электронные системы управления.
На станках применяют в основном общепромышленные асинхронные двигатели единых серий 4А и АИ (рис. 2.4).
Диапазон мощности выпускаемых двигателей единых серий полностью обеспечивает все потребности станкостроения. В состав этих серий также входят асинхронные двигатели специального исполнения: с повышенной точности по установочным раз мерам; со встроенным электромагнитным тормозом; с повышенным пусковым моментом.
В маркировке асинхронного двигателя указывается его конструктивное исполнение, материал подшипниковых щитов и станины, высота оси вращения, установочные размеры, число пар полюсов и климатическое исполнение. Например, 4А80А2УЗ — асинхронный электродвигатель четвертой серии (4А). Тип исполнения — закрытое (А), высота оси вращения 80 мм, количество пар полюсов — два (2) исполнение для умеренного климата (УЗ).
Во многих станках для подачи масла и охлаждающих жидкостей широко применяются электронасосы серий П и ПА, объединяющие в едином корпусе центробежный насос и нерегулируемый приводной асинхронный двигатель. Мощность и соответственно габаритные размеры электронасосов зависят от количества жидкости, подаваемой в единицу времени. Обычно их мощность составляет 0,1—0,6 кВт.
К асинхронным электродвигателям относятся также широко
Рис.2.5. Электрошптндельгде: 1 — вал, 2 — ротор, 3 — подшипники, 4 — отверстие для подвода воздуха, 5 — трубка, 6 — воздушная камера, 7, 8, 9 — воздушные каналы, 10 — штуцер, 11 — подпятник, 12 — канал отработанного воздуха.
используемые в шлифовальных станках электрошпиндели. Электрошпиндель представляет собой встроенный асинхронный электродвигатель, на валу которого без промежуточных передач закреплен шлифовальный круг. Частота вращения электрошпинделей составляет 13 000—14 000 об/мин и выше. Столь высокая частота вращения достигается путем питания статорной обмотки токами высокой частоты. Поэтому электрошпиндели управляются специальными устройствами, преобразующими токи промышленной частоты (чаще всего 50 Гц) в токи высокой частоты (до 1000—2000 Гц).
Одним из наиболее важных узлов, ограничивающих допустимую частоту вращения шпинделя, являются опоры, в которых он вращается. В настоящее время применяют опоры обычно трех видов: гидравлические, шариковые и воздушные. Наименьшими потерями и наибольшей долговечностью обладают электрошпиндели на воздушных опорах. На рис. 2.5 изображен разрез такого электрошпинделя.
Вал 1 встроенного электродвигателя вращается в подшипниках 3 с воздушной смазкой. Между торцом вала и подпятником 11 создается воздушная подушка. Подшипники 3, состоящие из латунных вставок и графитовых вкладышей, вклеены в передний и задний щиты корпуса электрошпинделя. Через штуцер 10 и каналы 9, 7 воздух подается в камеру 6, откуда поступает в смазываемый зазор между вращающейся и неподвижной поверхностями. К переднему подшипнику воздух подводится через трубку 5 и отверстие 4. Отработанный воздух отводится по каналу 12. Для нормального безаварийного пуска электрошпинделя, в него подают воздух, для образования воздушной подушки между вкладышами и шпинделем. Данные подушки предназначены для устранения трение и уменьшения износа подшипников при пуске, создают также плавность вращения шпинделя.
В качестве преобразователей частоты для питания высокоскоростных двигателей электрошпинделей применяют как электромашинные (серии ГИС), так и электронные статические преобразователи частоты.
В связи с прогрессом в области создания электронных преобразователей частоты асинхронные электродвигатели находят применение не только в главных приводах, но и благодаря возможности плавного регулирования их частоты вращения в широких пределах в приводах подач современных металлорежущих станков.
elenergi.ru
Электродвигатель – это основной компонент различных видов промышленного оборудования. Например, после комплектации электродвигателем насоса изделие переходит в стадию агрегата. Каждый электродвигатель имеет конкретное условное обозначение.Оно формулируется в зависимости от таких параметров, как серия, вид, высота оси вращения, длина сердечника статора, установочный размер по длине станины, климатическое исполнение, число полюсов, исполнение двигателя по способу защиты от окружающей среды, категория размещения при эксплуатации, конструктивное исполнение, режим работы. Каждый производитель рано или поздно задаётся вопросом, какой именно двигатель ему предпочесть. Сегодня на рынке представлен большой ассортимент синхронных и асинхронных двигателей. Многие отдают предпочтение последним. В чём же их особенности?
Устройство асинхронного двигателяВ конце 19 века история человечества ознаменовалась одним из важнейших технических открытий, которое во многом определило ход технического прогресса. 1889 год ознаменовался изобретением трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и двигателя с фазным ротором. Их создателем стал русский инженер и учёный С того момента именно трёхфазные электромоторы – самое распространённое оборудование данного класса в промышленности. Около 90% всех производителей в мире отдают предпочтение именно этому двигателю, а это во многом связано именно с покупательским интересом. Можно смело утверждать, что именно этот тип двигателя ответственен за технический переворот в мировой промышленности.
Купить асинхронный электродвигатель
Заказать и купить асинхронный электродвигатель вы можете на нашем сайте. Актуальные цены на асинхронные электродвигатели также всегда доступны в разделе «Цены» нашего сайта.
Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Его название происходит от слова «не одновременный». В данном случае это указывает на больший показатель частоты вращения магнитного поля по сравнению с частотой вращения ротора. Однако для того, чтобы разобраться в системе его работы, необходимо подробнее изучить устройство. Три главные части двигателя – ротор, статор и корпус (кожух). Корпус выполняет защитную функцию. Он позволяет избежать появления повреждений на статоре и роторе. Также на нем крепится подвижная и неподвижная часть асинхронного двигателя.
Статор – это неподвижная часть двигателя. Название элемента произошло от английского stator, которое указывает на латинское – sto – стоять. Его конструкция представлена станиной и магнитопроводом. С помощью пресса магнитопровод прикрепляется к станине и создаёт электромагнитное ядро. Именно ядро отвечает за намагничивание всей машины и образует магнитное поле, которое непрерывно вращается. Конструкция представляет собой тонкие листы, штампованные из электротехнической листовой стали. Благодаря особому креплению листов магнитопровод имеет пазы и зубцы статора. В целом магнитопровод не оказывает большое магнитное сопротивление магнитному потоку, а значит, последний увеличивается в асинхронном двигателе. Между статором и ротором имеется разделяющий их воздушный зазор. Ещё один элемент статора – это шихтованный сердечник. Он делается из статорных пластин. Такое строение позволяет уменьшить потери от вихревых токов. Толщина электротехнической стали, которая используется в производстве данного элемента, колеблется между 0,28 и 1 мм. Листы изолирует друг от друга окалина. Если высота оси вращения сердечника – 50-132 мм, то в производстве применяется холоднокатаная нелегированная сталь. Если высота оси больше (160-250 мм), то используется холоднокатаная слаболегированная сталь. Для двигателей с высотой оси вращения 280-355 мм подходит горячекатаная сталь. Если высота оси вращения двигателя 50-60 мм, то их можно скрепить скобами или сваркой. А при высоте оси вращения 200-250 мм для скрепления используются исключительно скобы. Если высота оси вращения ещё больше, то листы сердечников соединяются с помощью пресса и кольцевых шпонок – именно так и образуется магнитопровод.
Соответственно, подвижный элемент асинхронного двигателя – это ротор. Чаще всего сегодня можно увидеть обмотку ротора под названием «беличья клетка». Такое наименование системы связано с конструкцией короткозамкнутых колец, которые по внешнему виду напоминают колёса в беличьих клетках. Обмотка ротора состоит из латунных или медных стержней. Они вбиваются в пазы, а стержни привариваются к короткозамкнутым кольцам на торцах. Серийные асинхронные двигатели, имеющие малую или среднюю мощность, делаются из алюминиевого сплава, обработанного под давлением.
Если у двигателя фазный ротор, то его обмотка по конструкции похожа на обмотку статора. Начало обмотки соединяется и изолируется. Концы обмотки припаяны к контактным кольцам, к которым при желании можно подсоединить пуско-регулирующий реостат. Так цепь ротора обретает дополнительное сопротивление, а значит у пользователя есть возможность регулировки частоты вращения и снижения пусковых токов.
Стандарты электромоторовЧаще всего в зарубежной промышленности по установочным и присоединительным размерам выпускаются электромоторы стандартов CENELEK, DIN и IEC. В отечественной промышленности также можно встретить такие стандарты. При этом во втором случае хорошо сохраняется качество производства. Например, по стандарту DIN изготавливаются такие серии двигателей, как IMM, RA, РА, AIS, ИММ, Y2, М2АА, АИС. Маркировку АИС можно встретить на отечественных электромоторах. В то же время сделан он по стандарту DIN. Основное отличие отечественного двигателя стандарта ГОСТ и импортных асинхронных двигателей в размере. Двигатели ГОСТ, имея аналогичную мощность и частоту вращения вала, будут меньше по габаритам. А материалы и принцип работы будут одинаковы.
Многие покупатели отдают предпочтение европейским стандартам по причине возможности широкого выбора. Производства асинхронных двигателей сосредоточены в Германии, Италии, Австрии, Швеции и других европейских странах. Также многим покупателям принципиально важно найти электродвигатели, чтобы применять их в узкоспециальных средах: для постоянного тока, тельферов, приводов станков с ЧПУ. Хотя некоторые отдают предпочтение отечественным электромоторам, так как купить их можно гораздо быстрее: не понадобится тратить время на заказ и доставку. Кроме того, если электромотор вышел из строя или необходима замена деталей, то найти их будет гораздо проще.
В целом если Вы решили купить электродвигатель, то необходимо знать такие параметры, как обороты на выходе, мощность, габарит, посадочный размер по лапам или размер фланца, диаметр вала. Остальную информацию по выбору Вам подскажет консультант в любой компании.
Применение асинхронного электродвигателяЭлектродвигатель асинхронный нашёл широкое применение в промышленности благодаря простоте в обслуживании и эксплуатации, низкой стоимости, высокой надёжности и простой конструкции при этом. Однако у таких моделей есть и недостатки: они отличаются малым пусковым и большим спусковым током, плохо переносят изменения параметров сети, чтобы скорость на них регулировалась плавно, нужно использовать преобразователь частоты. Потребление реактивной мощности из сети асинхронным двигателем указывает на то, что он зависим от системы работы конкретного предприятия. Если система обладает малой мощностью, то пусковые токи создают понижения напряжения. Для уменьшения пусковых токов и используются устройства с плавным пуском или преобразователи частоты.
В промышленности асинхронные электродвигатели используются с целью привода механизмов, не предъявляющих особые требования к показателям энергии, пусковым показателям, скольжению. Безотказно асинхронный двигатель будет работать, если:• предприятие расположено на высоте над уровнем моря 1 км максимум;• температура окружающей среды колеблется между – 40°С и +40 °С;• влажность воздуха при +25°С не превышает 98%;• максимальная запыленность воздуха для закрытых электродвигателей — 10 мг/м3, для защищённых 2 мг/м3 максимум.Во время работы асинхронного электродвигателя в окружающей среде не должно быть угрозы взрыва, содержания токопроводящей пыли, паров и газов, которые способны разрушить изоляцию и металл. Мощность электродвигателей серии АИР может колебаться между 0,06 и 400 кВт, а высота оси вращения – 50-355 мм.
С помощью асинхронного двигателя осуществляется комплектация такого устройств, как редукторы. Этот механизм снижает угловые скорости вала и повышает крутящие моменты. Вид редуктора зависит от того, какой тип передачи, зубчатых колёс и число ступеней используется в устройстве. Наибольшей популярностью пользуются редукторы червячные и цилиндрические. Редукторы NMRV червячные используются во многих отраслях промышленности. Такое название оборудование получило благодаря червячному профилю резьбы в конструкции. Цилиндрический тип редуктора применяется как электромеханический привод в общемашиностроительной сфере. Они имеют большую нагрузочную способность и величину КПД.
Характеристики асинхронного двигателяЧтобы двигатель правильно эксплуатировался, пользователю необходимо владеть информацией обо всех его характеристиках. Они подразделяются на рабочую и механическую. Именно от этих характеристик и зависит качество работы устройства. Механическая характеристика это показатель зависимости частоты, с которой вращается ротор, от нагрузки. Частота вращения при номинальной нагрузке — 98. Частота вращения уменьшается с увеличением нагрузки, то есть вращающего момента, развивающегося двигателем. Устойчивость работы двигателя достигается путём обеспечения саморегулирования – равновесие наступает автоматически. В том случае, когда нагрузочный момент превышает максимальный момент двигателя, а проходящий по обмоткам ток в 7 раз сильнее номинального, есть угроза сгорания обмоток, при этом устойчивость у двигателя теряется.
Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата
Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)
Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Если в двигателе повышен пусковой момент, то механическая характеристика по форме напоминает характеристику двигателя , у которого включён пусковой реостат. Двигатель с двойной беличьей клеткой имеет вращающийся момент, состоящий из моментов пусковой и рабочей клеток. Такая же характеристика и у двигателя, имеющего глубокие пазы. Рабочая характеристика асинхронного двигателя – это зависимость частоты вращения, тока статора, момента на валу, КПД от полезной мощности.
a-eng.ru
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающей момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).
Двигатели постоянного тока:двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом
По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:
Двигатели с самовозбуждением делятся на:
Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.
Двигатели переменного тока
Трехфазные асинхронные двигатели
Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора, а у асинхронных — всегда должна быть разница скоростей.
Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше)[1]:28.
Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.
Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:
hron.com.ua
