Причина, по которой асинхронные машины получили широкое распространение, состоит в простоте их устройства, надежности и технологичности изготовления. Применимость для трехфазной и однофазной сети, широкий диапазон мощностей, легкость изменения направления вращения - все это делает их незаменимыми в качестве приводов самых разнообразных устройств, включая станки и транспортирующие системы.
Существенное достоинство, которым обладают асинхронные машины, состоит в их высоком коэффициенте полезного действия.
Самые распространенные электродвигатели – киловаттные, их применение весьма широко, практически на каждом промышленном предприятии они составляют большую часть приводных устройств.
Свое название асинхронные электрические машины получили потому, что их угловая скорость зависит от величины механической нагрузки на вал. При этом чем выше сопротивление вращающему моменту, тем, естественно, он крутится медленнее. Отставание угловой скорости ротора от частоты вращения магнитного поля, создаваемого током, проходящим через обмотки статора, называется скольжением. Рассчитывается оно, как правило, как относительная величина:
S = (ωn-ωp)/ ωn
Где:
ωn - скорость вращения магнитного поля, об./мин.;
ωp - скорость вращения ротора, об./мин.
Зависимость относительной величины скольжения от нагрузки на вал проявляется в частности в том, что в режиме холостого хода S практически равно нулю.
Устройство асинхронной машины такое же, как и любого другого электродвигателя или генератора. Внутренняя поверхность статора снабжена специальными пазами, в которые прокладываются обмотки (в случае трехфазного питания их три, а для однофазных двигателей - две). Ротор также несложен, его конструкция напоминает беличью клетку, а обмотки короткозамкнуты или имеют контактные кольца.
В случае короткозамкнутого ротора за счет индуктивной наводки от токов статора в обмотках ротора возникает ЭДС согласно правилу правой руки. Далее все просто: две рамки, по которым проходит электрический ток, начинают взаимодействовать друг с другом, и возникает вращательный момент.
Асинхронные машины, ротор которых снабжен контактными кольцами, работают еще проще: питание на вращающие обмотки подается непосредственно через графитовые щетки. Такие роторы еще называют фазными.
Однофазные асинхронные двигатели имеют две обмотки, рабочую и стартовую, предназначенную для создания начального вращательного момента и раскручивания ротора до рабочей угловой скорости. Применяются эти моторы там, где трехфазная сеть недоступна, например, для приведения в движение вращающихся частей бытовых приборов.
Помимо двигателей асинхронными бывают машины противоположного назначения, генераторы. Их устройство практически аналогично. К чести российской электротехники, можно уверенно говорить о приоритете нашей страны в области электромоторов этого типа. М. О. Доливо-Добровольский ещё в 1889 г. первым в мире применил трехфазное питание и получил вращающееся магнитное поле. Современные асинхронные машины принципиально ничем не отличаются от первых трехфазных электромоторов великого русского изобретателя и ученого.
fb.ru
Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной 
Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел
Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.
В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора,
ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.
mirnovogo.ru
Асинхронный электродвигатель, электронная асинхронная машина для преобразования электронной энергии в механическую. Механизм работы асинхронного электродвигателя основан на содействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в итоге чего появляются механические усилия, заставляющие ротор крутиться в сторону вращениямагнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1 .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю. Впервые явление, нареченное магнетизмом вращения, показал французский физик Д. Ф. Арагон (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает крутиться, если крутить над ним неизменный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, британский ученый У. Бейли получил вращение магнитного поля последовательным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику неизменного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Но серьезное научное изложение сути этого явления в первый раз, фактически сразу и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и ученым Н. Тесла.
Двухфазный асинхронный электродвигатель. был придуман Н. Тесла в 1887 (британский патент № 6481), общественное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип асинхронного мотора не получил приемущественно из-за нехороших пусковых черт. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им 1-ый в мире трехфазный асинхронный движок, в каком применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора расположил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрел фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты британский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им была предложена конструкция ротора, нареченная «двойной беличьей клеткой», которую, но, стали обширно использовать только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего асинхронный электродвигатель с таким ротором, как движок со особыми пусковыми чертами.
Благодаря собственной простоте устройства, надежности в эксплуатации движки такового типа являются самыми всераспространенными электронными машинами в мире.Фазные обмотки статора электродвигателя соединяются в звезду либо треугольник (зависимо от напряжения сети). Если в паспорте электродвигателя обозначено, что обмотки выполнены на напряжение 220/380 В, то при включении его в сеть с линейным напряжением 220 В обмотки соединяют в треугольник, а при включении в сеть 380 В – в звезду.
Схемы соединения обмоток статора трехфазного асинхронного мотора: а – в звезду, б – в треугольник, в – в звезду и треугольник на клеммном щитке электродвигателя
Схема включения асинхронного электродвигателя с фазным ротором: 1 – обмотка статора, 2 – обмотка ротора, 3 – контактные кольца, 4 – щетки, R – резисторы.Для конфигурации направления вращения вала асинхронного мотора нужно поменять направление вращения магнитного поля статора. Для этого довольно поменять местами два всех провода, соединяющих обмотку статора с питающей сетью.
Закулисная сторона истории.
История сотворения мотора переменного тока, основанного на изобретении вращающегося магнитного поля, еще более драматична и даже детективна, как и всякая история реального изобретения. В статье, размещенной на веб-сайте все осталось за кадром.Движки неизменного тока уже эксплуатировались на полную мощность. Концентрация промышленных объектов вдалеке от мест производства электроэнергии, добивалась ее передачи на все огромные и огромные расстояния. Но передача неизменного тока на такие расстояния вела к большущим потерям. Такая передача была бы целесообразна только при применении напряжения в 10-ки тыщ вольт.Но получить такое напряжение в генераторах неизменного тока было нереально. Тогда пришли к идее передачи переменного тока с следующей его трансформацией.
Пользуясь, однофазовыми генераторами с механической коммутацией концов катушек ротора (коллектор, щетки) стали создавать переменный ток низкого напряжения, потом трансформаторами увеличивать его до хоть какой требуемой величины, передавать на расстояние высочайшим напряжением, а на месте употребления опять снижать до требуемого и использовать в токоприемниках. Но… опять появлялась неувязка выпрямления переменного тока в неизменный для использования в движках, что приводило фактически к таким же потерям, что и в линиях при передаче неизменного токаЕще не было электродвигателей переменного тока. А ведь уже сначала 1880-х годов электроэнергия потреблялась приемущественно для силовых нужд. Электродвигатели неизменного тока для привода самых разных машин применялись все обширнее.Сделать электродвигатель, который мог бы работать на токе без выпрямителей, стало основной задачей электротехники.«В поисках новых путей всегда нужно обернуться вспять. Не было ли в истории электротехники чего-либо такового, что могло бы дать подсказку путь к созданию электродвигателя переменного тока?Поиски в прошедшем увенчались фуррором. Вспомнили: еще в 1824 году Арагон показывал опыт, положивший начало огромному количеству плодотворных исследовательских работ. Идет речь о демонстрации «магнетизма вращения». Медный (не магнитный) диск увлекался вращающимся магнитом.Появилась мысль, нельзя ли, заменив диск витками обмотки, а крутящийся магнит вращающимся магнитным полем, сделать электродвигатель переменного тока? Наверняка, можно, но как получить вращение магнитного поля?В эти годы было предложено много разных методов внедрения переменного тока. Честный историк электротехники должен будет именовать имена разных физиков и инженеров, пытавшихся посреди 80-х годов сделать электродвигатели переменного тока. Он не забудет напомнить об опытах Бейли (1879 г.), Марселя Депре (1883 г), Бредли (1887 г.), о работах Венстрома, Хазельвандера и многих других. Предложения, непременно, были очень увлекательны, но ни одно из их не могло удовлетворить индустрия: электродвигатели их были или громоздки и неэкономичны, или сложны и ненадежны.» (Ржонсницкий Борис Николаевич. «Тесла» ЖЗЛ 1959)Они все были основаны на механической коммутации обмоток электромагнитов, что было еще дороже и ненадежнее чем выпрямление.Поиски решения конкретно этой задачки, создание вращающегося магнитного поля, начал Никола Тесла. Он шел своим методом, и предложил коренное решение появившейся трудности.Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил для себя, что если любым образом выполнить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя 2-мя разными переменными токами, отличающимися друг от друга только сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов либо вращение магнитного поля. Крутящееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.
Тесла первым, еще в 1882 году независимо ни от кого, выстроил источник двухфазного тока (двухфазный генератор, синусоидального тока со сдвигом фаз 900) и таковой же двухфазный электродвигатель, уложив его статорные обмотки так, чтоб создавалось крутящееся магнитное поле и тем выполнил свою идею независимо, и без помощи других, и в первый раз. В этом конкретно и заключается создание мотора переменного тока.Тогда он еще, так же как и никто в мире, не имел представления о паразитных токах взаимоиндукции и его пара «генератор-двигатель» с цельнометаллическими статором и ротором очень перегревалась. Но это был тот главный и отчаянный рывок в электротехнике, описанный им в патенте № 6481за 1887год, где Тесла на теоретическом уровне рассмотрев все вероятные случаи сдвига фаз, тормознул на сдвиге в 90°, другими словами на двухфазном токе, но обрисовал возможность внедрения вращающегося поля и для многофазных систем. На базе этого описания потом и работал Доливо-Добровольский над собственной трехфазной системой«Но Тесла не был единственным ученым, вспомнившим об опыте Араго и нашедшим решение принципиальной трудности. В те же годы исследовательскими работами в области переменных токов занимался итальянский физик Галилее Феррарис, представитель Италии на многих интернациональных конгрессах электриков (1881 и 1882 годы в Париже, 1883 год в Вене и другие). Подготавливая лекции по оптике, он пришел к мысли о способности постановки опыта, демонстрирующего характеристики световых волн. Для этого Феррарис укрепил на узкой нити медный цилиндр, на который действовали два магнитных поля, сдвинутых под углом в 90°. При включении тока в катушки, попеременно создающие магнитные поля то в одной, то в другой из их, (снова же при помощи механической коммутации обмоток этих катушек М.Н.) цилиндр под действием этих полей поворачивался и закручивал нить, в итоге чего подымался на некую величину ввысь. Устройство это отлично конструировало явление, известное под заглавием поляризации света.Феррарис и не подразумевал использовать свою модель для каких-то электротехнических целей. Это был всего только лекционный прибор, остроумие которого заключалось в опытном применении электродинамического явления для демонстраций в области оптики.Феррарис не ограничился этой моделью. Во 2-ой, более совершенной модели ему удалось добиться вращения цилиндра со скоростью до 900 об/мин. Но за определенными пределами, вроде бы ни увеличивалась в цепи сила тока, создававшего магнитные поля (другими словами, вроде бы ни увеличивалась затрачиваемая мощность), добиться роста числа оборотов не удавалось. Подсчеты проявили, что мощность 2-ой модели не превосходила 3 ватт.Непременно, Феррарис, будучи не только лишь оптиком, да и электриком, не мог не осознавать значения сделанных им опытов. Но ему, по собственному его признанию, и в голову не приходило применить этот принцип к созданию электродвигателя переменного тока. Самое огромное, что он подразумевал, это использовать его для измерения силы тока, и даже начал конструировать таковой прибор.18 марта 1888 года в Туринской Академии Феррарис сделал доклад «Электродинамическое вращение, произведенное при помощи переменных токов». В нем он поведал о собственных опытах и пробовал обосновать, что получение в таком приборе коэффициента полезного деяния выше 50 процентов нереально.Феррарис был от всей души убежден, что, доказав нецелесообразность использования переменных магнитных полей для практических целей, он оказывает науке огромную услугу.Доклад Феррариса обогнал сообщение Николы Тесла в Южноамериканском институте электроинженеров.Но заявка, поданная для получения патента еще в октябре 1887 года, свидетельствует о бесспорном приоритете Тесла перед Феррарисом.» (Ржонсницкий.)Но не это принципно! Принципно то, что Феррарис создавал крутящееся магнитное поле механической коммутацией концов катушек электромагнитов, а Тесла еще сделал и двухфазный генератор переменного тока и обрисовал его работу в собственном патенте за 1887 год. Однофазовые генераторы переменного тока уже издавна работали как и однофазовые же трансформаторы. Т.е. Тесла открыл само явление под заглавием «сдвиг фаз» и в первый раз уложил обмотки и генератора и мотора особым образом, заложив базы для сотворения многофазных систем.«Что же касается публикации, то статья Феррариса, доступная для чтения всем электрикам мира, была размещена только в июне 1888 года, другими словами после обширно известного доклада Тесла.На утверждение Феррариса, что работы по исследованию вращающегося магнитного поля начаты им в 1885 году, Тесла имел все основания сделать возражение, что он занимался этой неувязкой еще в Граце, решение ее отыскал в 1882 году, а в 1884 году в Страсбурге показывал действующую модель собственного мотора.Но, естественно, дело не только лишь в приоритете. Непременно, оба ученых сделали одно и то же открытие независимо друг от друга: Феррарис не мог знать о патентной заявке Тесла, так же как и последний не мог знать о работах итальянского физика.» (Ржонсницкий)Снова повторяю, принципное отличие открытия Николы Тесла от описания явления Галилео Феррариса и позднейших разработок Доливо-Добровольского, заключается в разработке им рабочей пары многофазного переменного тока «генератор-двигатель» и теоретического описания принципа их работы.Сам Тесла с узкой издевкой признавал: «…доктор Феррарис не просто независимо пришел к этим же теоретическим результатам, ? даже его манера была фактически сходна с моей»С таковой же узкой издевкой он, после пожара в собственной лаборатории 13 марта 1895 года стопроцентно уничтожившим его разработки, опубликовал «опровержение» в ответ на слухи о поджоге: «Я считаю Эдисона очень приличным человеком и огромным изобретателем, чтоб он мог быть заподозрен в настолько бесчестном поступке»Дальше действия развивались еще больше драматично. В конце июля 1888 года Тесла продал все свои патенты 14 шт. на систему многофазных токов Джорджу Вестингаузу за смехотворную сумму в 1 млн. баксов, но с «дополнительным соглашением», – по 1 баксу за каждую лошадиную силу с внедрением этой системы. За пару лет эксплуатации системы Тесла, долг «Вестингауз Электрик Компани» ему превысил 12 млн. баксов и угрожал компании разорением. Т.е. обозначенные в статье «несовершенства» многофазной системы Тесла не мешали Вестингаузу получать колоссальные прибыли. А позже Тесла при выяснении отношений меж ним и лично Джорджем Вестингаузом, разорвал это «до соглашение», плюнув в лицо всей системе «неисполнимых обязательств».Позже он еще, позже в 1915 году, отказался от Нобелевской премии, унизительно для него присужденной вместе с Томасом Альвой Эдисоном, которого он никогда не считал изобретателем, а только пробивным коммерсантом, основавшем тогда уже свою «Дженерал Электрик». Еще позже он отказался от золотой медали Эдисона Южноамериканского института электроинженеров. А позже, когда ему эту медаль все-же всучили, он, разрезав ее напополам, рассчитался в счет заработной платы с 2-мя своими сотрудниками.Mikula
elektrica.info
Ответ
Как много всего! Давайте по порядку. 1. Электродвигатель. Один из первых совершенных электродвигателей, работавших от батареи постоянного тока, создал в 1834 году русский электротехник Якоби. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа располагалась на неподвижной раме. Их полюсные наконечники были устроены асимметрично - удлинены в одну сторону. Вал двигателя представлял собой два параллельных латунных диска, соединенных четырьмя электромагнитами, поставленными на равном расстоянии один от другого. При вращении вала подвижные электромагниты проходили против полюсов неподвижных. У последних полярности шли попеременно: то положительная, то отрицательная. К электромагнитам вращающегося диска отходили проводники, укрепленные на валу машины. На вал двигателя был насажен коммутатор, который менял направление тока в движущихся электромагнитах в течение каждой четверти оборота вала. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них изменялось восемь раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также менялась восемь раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы. Двигатель Якоби для своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. В том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено Парижской Академии наук. Однако, до тех пор, пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применения, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли найти ее. Прежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей построил в 1841 году Чарльз Уитстон. Его система обладала большими недостатками: кроме того, что синхронный двигатель требовал для своего запуска дополнительный разгонный двигатель, он имел и другой изъян - при перегрузке синхронность его хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вала, и двигатель останавливался. Поэтому синхронные двигатели не получили широкого распространения. Подлинная революция в электротехнике произошла только после изобретения асинхронного двигателя. Подобное устройство в 1879 году изобрел Бейли. В 1888 г. итальянский физик Феррарис и югославский изобретатель Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля. Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей. Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским, а зимой 1889 года он построил свой первый трехфазный асинхронный двигатель. В качестве статора в нем был использован кольцевой якорь машины постоянного тока с 24-мя полузакрытыми пазами.Источник: http://www.elcomspb.ru/wiki/eltech_history
www.moscow-faq.ru
Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.
В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции.
Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.Ротор может быть:
Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая болгарка, если выкинуть электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.
При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.
Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.
Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.
Рис.1. Трехфазный двухполюсный асинхронный двигатель
На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.
Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f: nc=f/p
При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.
Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).
В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены в пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис. 1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и заколачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.
У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.
Устройство асинхронного двигателя http://techno.x51.ru/index.php?mod=text&uitxt=905
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий 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).
Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками 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.[1]
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.[2]
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 (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).
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).[2]
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:
Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для постоянного 110.220. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.
Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно, то есть так, как движется поршень в цилиндре паровой машины. Русский ученый Б. С. Якоби пошел иным путем. В 1834 г. он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б. С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное».
Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе.
13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.
dic.academic.ru
Что такое асинхронный двигатель? Это электродвигатель переменного тока, частота вращения ротора которого ниже частоты вращения магнитного поля, генерируемого током обмотки статора. Изобретателями, которые подошли к идее такой машины и реализовали ее в практике были англичанин Галилео Феррарис и Никола Тесла.
Асинхронный двигатель, собранный Теслой Эти двигатели широко используются в бытовой технике (воздуходувки, вентиляторы). Преимущество асинхронного двигателя — у него нет щеток.
В конструкции асинхронного двигателя имеются статор и ротор, между которыми имеется воздушный зазор. Активные детали — обмотки и магнитный сердечник; а конструктивные элементы создают прочность, охлаждение, возможность вращения и др.
Обмотка статора — трёхфазная обмотка, которая расположена на статоре и уложена в пазах с угловым расстоянием 120 градусов. Двигатель питается от сети переменного тока, а фазы обмотки статора соединены по схемам «треугольник» или «звезда».
Энергия подается к ротору посредством электромагнитной индукции.
izobreteniya.net
Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения.После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.
Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.
Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.
При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.
Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.
Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.
В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».
Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.
Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.
Видео: создание простейшего электродвигателя
Двигатели Ford EcoBoost
Долгое время известные марки радуют посетителей международных автосалонов уникальными концептами с инновационными силовыми системами,...
подробнее
ecoconceptcars.ru
