Содержание

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

Основными потребителями мировой электроэнергии (более 60% — 65%) являются электромеханические системы — электроприводы, работающие в различных промышленных, транспортных и бытовых механизмах и агрегатах. Асинхронный двигатель является наиболее широко применяемым среди всех типов электродвигателей. Двигатели специальной конструкции, построенные на базе асинхронного двигателя, характеризуются техническими параметрами, влияющими на их рабочие характеристики и адаптирующими их к различным требованиям и назначениям. Среди асинхронных двигателей специальной конструкции можно выделить следующие: многоскоростные двигатели — частота вращения двигателя изменяется изменением количества пар полюсов вращающегося магнитного поля; двигатели с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом — используются для привода устройств с большим моментом инерции; моторы крановые — адаптированы к различным видам работ, используются для привода кранов и других подъемных устройств; двигатели с тормозом — используются в приводах, требующих быстрой остановки после рабочего цикла или после аварийного отключения питания; двигатели с повышенным скольжением — используются для привода механизмов с большой инерционностью, а также механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме; взрывозащищенные двигатели и т. д.

В бытовых электроприборах применяются однофазные электродвигатели с рабочим напряжением 220 вольт. Очень часто таким двигателем является однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Преимущества асинхронных электродвигателей

  • Самым главным преимуществом асинхронного двигателя является то, что его конструкция довольно проста. По сравнению с электродвигателем постоянного тока, асинхронный электродвигатель не имеет щеток и поэтому требует минимального технического обслуживания. Не требуется замена щеток, и нет угольной пыли от этих самых щеток, которая быстро засоряет электродвигатель. По этой же причине стоимость двигателя довольно низкая.

  • Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не требуются дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Необходимо обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет функционировать.

  • Работа двигателя не сильно зависит от состояния окружающей среды. Но и для экстремальных условий выпускается большое количество специализированных модификаций асинхронных электродвигателей.

  • В двигателе нет искр из-за отсутствия щеток. 

  • Асинхронный двигатель — это высокоэффективная машина с КПД при полной нагрузке от 85 до 97 процентов.

Недостатки асинхронных двигателей

  • Регулировать скорость асинхронного двигателя очень сложно. Это связано с тем, что трехфазный асинхронный двигатель является двигателем с постоянной скоростью и для всего диапазона нагрузок изменение скорости двигателя очень мало. Существуют различные типы устройств, позволяющих регулировать скорость мотора, которые не только расширяют диапазон применения двигателя, но и экономят электроэнергию. Типичными примерами экономии энергии за счет замены нерегулируемых приводов на регулируемые являются такие механизмы, как: насосы — 25%, вентиляторы — 30%, компрессоры — 40% и центрифуги — 50%.

  • Во время прямого пуска, который заключается в подаче на двигатель номинального напряжения номинальной частоты, возникают неблагоприятные условия, такие как высокое потребление тока и низкий пусковой момент. 

  • Высокая инерция ротора — двигатель может не справиться с началом вращения тяжелых приводных агрегатов.

На данный момент существует множество механических и электронных устройств, повышающих эффективность электромоторов и позволяющих максимально нивелировать недостатки асинхронных электродвигателей. 

 

Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели переменного тока

Промышленные двигатели постоянного тока начали выпускаться в 1860—1870 гг., чему предшествовал 30-летний период их разработки после фундаментальных открытий М. Фарадея (закона электромагнитной индукции и превращения электрической энергии в механическую).

Двигатели постоянного тока широко применяются и в наше время благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости данных двигателей путем изменения напряжения на якоре или в обмотках возбуждения. Для расширения диапазона регулирования скорости используются различные сигналы обратной связи (напряжение на якоре, тахогенераторы и т.д.). Однако эксплуатация двигателей постоянного тока влечет за собой ряд значительных неудобств, связанных с конструктивными особенностями машин данного типа, а именно:

1. Сложность конструкции и, как результат, высокая цена


2. Наличие щеточно-коллекторного узла


3. Большая масса


4. Необходимость в периодическом обслуживании




Все эти недостатки требуют существенных затрат при покупке машин постоянного тока и их дальнейшей эксплуатации, а так же они  могут значительно снизить надежность и точность систем в целом. Необходимо планировать дополнительные планово-предупредительные работы и останавливать производство для обслуживания щеточно-коллекторных узлов и проводить периодическую продувку машин от пыли.

До недавнего времени внедрение асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутыми роторами в системы, где требуется широкий диапазон регулирования скорости, не представлялось возможным, а для изменения скорости движения приводимых механизмов использовались переключаемые редукторы или вариаторы. Дальнейшим развитием таких систем стало появление асинхронных двигателей с переключением числа полюсов (двух и трех скоростные двигатели), что позволяло ступенчато изменять скорость вращения.

С развитием полупроводниковой электроники (разработка IGBT транзисторов), появилась возможность производства недорогих микропроцессорных преобразователей частоты, с помощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью асинхронных двигателей в широком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять выше их номинальной скорости. Так же появилась возможность управления моментом асинхронных двигателей. Системы управления движением с использованием асинхронных двигателей и преобразователей частоты, получаются дешевле и проще подобных систем с двигателями постоянного тока. В качестве датчиков обратной связи широко используются цифровые устройства (энкодеры), которые менее подвержены влиянию электромагнитных помех, чем тахогенераторы, классически используемые с машинами постоянного тока.

Асинхронный двигатель – простая, недорогая, не требующая обслуживания машина. Именно эти аргументы привели к тому, что на многих предприятиях машины постоянного тока с тиристорными преобразователями стали заменять на асинхронные двигатели с системами управления, построенными на преобразователях частоты.

При подборе асинхронного двигателя взамен машины постоянного тока необходимо учитывать разность характеристик этих машин. Подбор двигателя осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальной скорости вращения

Диапазон изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя должен быть равен или больше чем у двигателя постоянного тока.

2. По моменту (номинальному, пусковому, максимальному)

Номинальный момент асинхронного двигателя должен быть равен или быть больше исходного при условии длительной работы в заданном диапазоне частот вращения без перегрева. Максимальный и пусковой моменты  должны быть равны или быть больше пускового момента определенного для данного механизма.

На рисунке 1 и 2 представлены механические характеристики асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока соответственно. Как видно, на малых скоростях асинхронный двигатель имеет момент значительно меньше номинального в отличие от двигателя постоянного тока. Поэтому при замене двигателя постоянного тока необходимо однозначно определить диапазон скорости вращения вала и требуемый момент в этом диапазоне. Как правило, для удовлетворения механических характеристик приводного механизма, приходится ставить асинхронный двигатель большей мощности.

Рис.1 Механическая характеристика асинхронного двигателя

Рис. 2 Механическая характеристика  двигателя постоянного тока

3. По режиму работы




Нагрев электрической машины зависит от режима ее работы, т.е. от соотношения длительности периодов работы и пауз между ними, или периодов работы с полной или частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания переходных процессов.


 


Подразделяют следующие режимы работы:


             


Продолжительный режим (S1) — режим при котором время работы машины при практически неизменных нагрузке и температуре окружающей среды достаточно для нагрева всех ее частей до практически установившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы машины.

Кратковременный  режим (S2) — режим при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, причем за время работы температура частей машины не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз машина охлаждается до холодного состояния.

Повторно-кратковременный  режим (S3-S8) — отличается от кратковременного регламентированными продолжительностью включения под неизменную нагрузку и продолжительностью периодов отключения, причем время работы машины всегда меньше времени, необходимого для нагрева ее частей до установившейся температуры, а время пауз меньше необходимого для остывания машины до практически холодного состояния. Отличие между режимами S3-S8 заключается частотой пусков и продолжительностью включения машины.

4. По условиям эксплуатации

Согласно ГОСТ 17498-87 асинхронный двигатель должен иметь соответствующую степень защиты IPXX, где первый символ X означает степень защиты оболочкой, от проникновения инородных твердых тел, второй символ X означает степень защиты оболочкой от вредных воздействий проникающей воды. Например, IP54 — “Машина не полностью защищена от проникновения внутрь оболочки пыли (однако, пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении”.

По всем вопросам, касательно данного применения обращайтесь в ООО «Драйвика» по тел. 8 (812) 635 90 30 или Email: [email protected]

В чем разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока? – Magnetic Innovations

В чем разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока?

Существует широкий выбор электродвигателей, подходящих для многих промышленных применений и оборудования. Инженеры и конструкторы имеют большой выбор при выборе двигателя для своего применения. В таблице ниже представлен обзор наиболее распространенных типов электродвигателей. Глобальная классификация электродвигателей делится в основном на две разные ветви: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В этой статье основное внимание будет уделено четырем различным подгруппам: асинхронные двигатели переменного тока, синхронные коллекторные двигатели постоянного тока (с коммутатором), Бесщеточные двигатели постоянного тока и синхронные двигатели переменного тока с постоянными магнитами (PMSM).

Асинхронные двигатели переменного тока

Основное описание

Двигатели переменного тока представляют собой электрические машины, преобразующие электрическую энергию (поставляемые в виде
синусоидально изменяющегося во времени или «переменного» тока) в механическую энергию вращения посредством
взаимодействие магнитных полей и проводников. В отличие от двигателей, работающих непосредственно от постоянного тока,
Двигатели переменного тока обычно не требуют щеток или коммутаторов. Одним из типов двигателей переменного тока является асинхронный или асинхронный двигатель переменного тока.

Асинхронные или асинхронные двигатели
состоит из статора с обмоткой, способной создавать вращающееся магнитное
поля, и ротор с короткозамкнутой обмоткой, в которой ток индуцируется
вращающееся магнитное поле. Поля, создаваемые током, наведенным в
ротора создают восстанавливающий момент, отвечающий за вращение ротора.
Вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, легко настроить с помощью многофазного источника переменного тока.

Термин «асинхронный» относится к тому факту, что вращение
ротора всегда медленнее, чем скорость вращения магнитного поля.
Разница в скорости поля и ротора называется «скольжением», а крутящий момент
двигателя пропорциональна этому скольжению.
Таким образом, скорость вращения двигателей зависит как от частоты возбуждения, так и от нагрузки.

Синхронная скорость или теоретическая максимальная скорость
асинхронный двигатель зависит от частоты питания (например, часто 60 Гц в США) и
количество полюсов. Асинхронные двигатели часто
называются двигателями с короткозамкнутым ротором из-за конструкции обмотки ротора.

Асинхронный двигатель запускается с максимальным скольжением и имеет
склонность к рисованию
изначально очень большой ток, особенно при запуске с высокой нагрузкой.
Это приводит к необходимости иметь
отдельный пусковой механизм. В случае однофазных двигателей переменного тока
ротор должен быть приведен в движение изначально, чтобы запустить двигатель.
Это достигается с помощью механического
пусковое усилие или использование отдельной обмотки стартера.

Хотя в большинстве электрических и гибридно-электрических автомобилей используются синхронные двигатели переменного тока для главного привода, Tesla Roadster, Tesla Model S, электрический привод Mercedes B-класса и некоторые другие автомобили используют асинхронный двигатель переменного тока.

Posted inДвигатель
Copyright 2021 Негосударственное частное образовательное учреждение Учебный технический Центр «Светофор». Все права защищены