Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя, устройство и принцип действия.

22.11.2018

Трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространённым типом моторов. В таком электродвигателе на статоре устанавливается трехфазная обмотка, что обуславливает его название.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Конструкция 
  2. Принцип действия
  3. Режим работы
  4. Преимущества

КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНОГО асинхронного ДВИГАТЕЛЯ

Основная задача двигателя — это превращение электрической энергии в механическую. Конструкция его состоит из двух основных элементов таких как ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть).

Между ними находиться воздушный зазор. Оба этих элемента имеют в себе сердечники, где размещается специальные витки обмотки. В роторе они располагаются на валу, а в статоре в специальных пазах на корпусе.

Пазы, на которых крепиться обмотка имеют угловое расстояние между собой в 120 градусов. Наиболее распространённым является  система с короткозамкнутым ротором или как ее называют «беличье колесо». В этом случае обмотка крепиться на каркас цилиндрической формы, а стержни соединяются с сердечником ротора и накоротко замыкаются с торцов.

Помимо короткозамкнутого также используются и двигатели с фазным ротором. В этом случае фазы обмотки присоединяется к специальным контактным кольцам, а их концы изолируются друг от друга и от вала. При всем этом статоры в обоих представленных видах могут не отличаться конструкционно.

Существует несколько схем соединения трехфазных обмоток между собой. Основными способами являются т.н. «звезда» и «треугольник». Иногда устанавливаются и комбинированные варианты. Подбор схемы зависит от напряжения питания в сети. В первом случае концы фаз обмоток соединены в одной точке. Во втором — конец каждой фазы поочередно соединяется с началом следующей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Работа асинхронного двигателя основывается на вращении магнитных полей. С помощью тока в обмотке статора создается движущееся магнитное поле, которое воздействует на контур ротора и индуцирует в нем электродвижущую силу. Если этот показатель выше силы трения, то вал приводиться в движение.

Ротор увеличивает частоту вращения пытаясь догнать скорость вращения магнитных полей обмотки статора. Однако, когда этот параметр сравниваеться то электродвижущая достигает нулевого значения и магнитное воздействие пропадает.

Поэтому частота вращение вала никогда не совпадает (не синхронна) с частотой движущихся магнитных полей. Из-за этого двигатель называют асинхронным.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Трехфазный электродвигатель асинхронного типа имеет несколько возможных режимов работы:

  • Пуск. 
  • Двигательный режим.
  • Холостой ход.
  • Генераторный режим.
  • Электромагнитное торможение.

Пуск является начальным этапом работы любого двигателя. В этом режиме на обмотку пускается ток и создаются вращающиеся магнитные поля. В момент, когда сила трения меньше электродвижущей — ротор начинает вращение.

Двигательный режим выполняет основную задачу электродвигателя, то есть превращает электродвижущую силу в механическое вращение вала.

Холостой ход происходит, когда на валу отсутствует нагрузка, то есть он не подсоединен к другим устройствам.

Генераторный режим включается, когда обороты вала принудительно, например, с помощью другого двигателя, превышают скорость вращения электромагнитного поля. В этом случае электродвижущая сила имеет обратный вектор и двигатель превращается в источник активной энергии.

Электромагнитное торможение происходит, когда искусственно изменяют направление вращения электромагнитного поля и ротора на противоположные. Происходит довольно быстрое торможение. Применяется только в экстренных случаях, так как выделяется огромное количество тепла.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВиГАТЕЛЯ

Трёхфазный двигатель также может работать в однофазном режиме, когда это потребуется. Однако номинальная мощность при этом понижается приблизительно вдвое.

В случае пропадания одной из фаз двигатель продолжит работу и даже будет возможен запуск, но с пониженной мощностью. Относительная дешевизна, хороший КПД и надежность поспособствовали тому, что такие моторы заслужили наибольшую популярность во всем мире. 

На нашем сайте вы сможете найти электродвигали для любых ситуаций. В каталогах представлены моторы таких мировых лидеров как Siemens, ABB, Lenze, а также VEM motors.

На страницах нашего блога также можно также ознакомиться с другими типами асинхронных моторов >>>ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ <<< или более подробно узнать о конструкции электродвигателей  >>> ВИДЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ <<<  

Подписывайтесь на наши обновления:

  

принцип работы, преимущества и недостатки

Асинхронный электродвигатель — это электрическая машина, работающая на переменном токе. Для создания крутящего момента она использует вращающееся магнитное поле, которое образуется в статоре. Электродвигатели асинхронные трехфазные находят применение в промышленности, строительстве, используются в бытовых приборах. Они обладают простой и надёжной конструкцией, требуют мало ухода, имеют простой запуск и выносят большие перегрузки.

  • Устройство и принцип работы
  • Способы подключения
  • Преимущества и недостатки трёхфазных двигателей
  • Защита электродвигателей

Устройство и принцип работы

Асинхронный трехфазный двигатель имеет неподвижную часть — статор и вращающуюся — ротор. Между ротором и статором образован воздушный зазор около двух миллиметров. Статор двигателя имеет три обмотки, расположенные под углом 120°. Внутри находится магнитопровод. При подаче на обмотки переменного напряжения в них создаётся вращающееся магнитное поле, которое наводит индукционный ток в роторе.

Крутящий момент появляется при взаимодействии вращающихся магнитных полей статора и ротора. В рабочем режиме частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля. Из-за этого отставания двигатель называется асинхронным. Проводники трехфазной обмотки статора укладываются в пазах. Магнитопровод статора набирается из пластин.

Двигатели бывают с короткозамкнутым и фазным ротором. Короткозамкнутый ротор иногда называют «беличье колесо». Он составлен из стержней, замкнутых с торцов двумя кольцами. Материал стержней — это алюминий и реже медь или латунь. Фазные роторы имеют три обмотки, расположенные так же, как и на статоре.

Выводы обмотки соединяются с закреплёнными на валу контактными кольцами. Кольца изолируются между собой и от вала. С помощью щёток к ним присоединяется реостат, служащий для регулировки оборотов электродвигателя.

Способы подключения

Концы обмоток выводятся на клеммник и коммутируются по стандартным схемам «звезда» или «треугольник». Разница между схемами состоит в том, что у «звезды» линейное напряжение больше, чем у «треугольника». На практике часто применяют комбинированное подключение. Во время запуска и разгона коммутируют «звезду», а «треугольник» используют в рабочем режиме. Методы подключения двигателя к сети:

  • Прямое подключение.
  • Через устройство плавного пуска. Применяется в случае, когда регулировка требуется только в момент пуска.
  • При помощи инвертора, который регулирует частоту подаваемого на вход напряжения. Он регулирует плавный пуск и остановку двигателя, изменяет частоту вращения ротора.

Преимущества и недостатки трёхфазных двигателей

Асинхронные электродвигатели находят применение в приводах станков, подъёмных кранов, лифтов, лебёдок, сельскохозяйственных машин, прокатных станов. К их преимуществам относятся следующие факторы:

  • простое устройство;
  • надёжность и долговечность;
  • невысокий уровень шума;
  • работа прямо от трёхфазной сети.

Низкая стоимость электрических машин и простота в эксплуатации обуславливают их частое использование в промышленных установках. Но наряду с несомненными преимуществами у этих машин имеются и недостатки:

  • Отсутствие простых способов регулирования скорости.
  • Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки на валу. При увеличении нагрузки скорость вращения снижается.
  • Высокий пусковой ток.
  • Чувствительность к изменениям сетевого напряжения.
  • Большое потребление реактивной мощности.

Асинхронные двигатели представляют собой индуктивную нагрузку и потребляют реактивную мощность, которая не производит механической работы. Она нагревает кабели, понижает напряжение, повышает ток.

Потребление индуктивной мощности можно компенсировать с помощью установки батарей конденсаторов параллельно мотору. Это позволит уменьшить потери и затраты на электроэнергию.

Защита электродвигателей

Автоматы защиты электродвигателя трёхфазного предохраняют от тока короткого замыкания, от длительных перегрузок, от дисбаланса фаз в электропитании или внутри электродвигателя. Это приводит к перегреву двигателя и к отказам в работе. Защитное устройство автоматически отключит двигатель при появлении нештатной ситуации.

Часто применяется защита электродвигателя при помощи универсальных мотор-автоматов. Эти устройства имеют модульную конструкцию и управляют работой силовых контакторов, а некоторые мотор-автоматы разрешают точно регулировать параметры защитного отключения.

При выборе асинхронных машин и в процессе их эксплуатации следует учитывать характеристики асинхронного электродвигателя. Только при этом условии можно добиться наиболее эффективного использования установки.

Каков принцип работы трехфазного асинхронного двигателя?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок. Двигатели переменного тока работают от сети переменного тока и подразделяются на синхронные, однофазные и трехфазные асинхронные двигатели, а также двигатели специального назначения. Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что они не требуют пускового устройства.

A Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название из-за того, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля (среднеквадратичная сила).

Создание вращающегося магнитного поля

Статор асинхронного двигателя состоит из ряда перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120°. Когда первичная обмотка или статор подключены к 3-фазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Направление вращения двигателя зависит от чередования фаз питающих линий и порядка подключения этих линий к статору. Таким образом, перепутав подключение любых двух первичных клемм к источнику питания, направление вращения изменится на противоположное.

Количество полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения статора двигателя. Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость, термин, обозначающий скорость, с которой будет вращаться поле, создаваемое первичными токами, определяется следующим выражением.

Синхронная скорость вращения = (120 x частота питания) / число полюсов на статоре

Создание магнитного потока

Вращающееся магнитное поле в статоре является первой частью операции. Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны нести некоторый ток. В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает проводящие стержни ротора и индуцирует электродвижущую силу (ЭДС).

Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замыкаются через внешнее сопротивление, либо замыкаются накоротко. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к крутящему движению или крутящему моменту в роторе.

Как следствие, скорость ротора не будет достигать синхронной скорости среднеквадратичной силы в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцируется в роторе, ток не будет течь, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется скольжением.

Преимущество вращения магнитного поля в асинхронном двигателе состоит в том, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

В результате двигатель:

  • Самозапуск
  • Взрывозащищенный (из-за отсутствия контактных колец или коллекторов и щеток, которые могут вызвать искрение)
  • Прочная конструкция
  • Недорогой
  • Легче в обслуживании

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Поиск

Когда обмотки трехфазного статора питаются от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле, разрезая неподвижные проводники ротора, индуцирует ЭДС. в этих проводниках. Поскольку ротор представляет собой замкнутую цепь, в цепи ротора протекает ток, направление которого находится по правилу правой руки Флеминга. За счет этого тока ротора вокруг проводников ротора создается другое магнитное поле. Теперь при взаимодействии этих двух магнитных полей на эти проводники действует механическая сила, стремящаяся их вращать.

Синхронная скорость

Скорость вращения поля статора называется синхронной скоростью. Она определяется по формуле:

Ns = 120f

Где

Ns = синхронная скорость в об/мин.
F = Частота питания в циклах в секунду.
P = количество полюсов статора.

Скорость ротора

Фактическая механическая скорость ротора называется скоростью ротора. Она всегда меньше синхронной скорости поля статора. Обозначается буквой «N» и измеряется в об/мин.

Скорость скольжения и скольжение

Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора называется скоростью скольжения. Скольжение обозначается буквой «S».

Дробное скольжение S = (Ns – N) / Ns
Процентное скольжение S = (Ns – N) N x 100

Частота тока ротора

В состоянии покоя частота тока ротора равна частоте сети. Но когда ротор начинает вращаться, то частота тока ротора зависит от относительной скорости или скорости скольжения:

Пусть:

fr = частота тока ротора в циклах/сек.
Скорость скольжения = 120fr / P
Ns — N = 120fr / P — (1)

А

S = (Ns — N ) / Ns

Или

Ns — N = S

Ns = S (120f/P) — (2)

Сравнивая уравнение (1) и (2), получаем:

S (120f / p) = 120fr / P

Или

fr = Sf

т.е. текущая частота равна скольжению, умноженному на частоту питания.

ПРИМЕР 1:

4-полюсный 3-фазный асинхронный двигатель работает от сети с частотой 50 Гц. Вычислите:

  1. скорость, с которой вращается магнитное поле статора;
  2. скорость ротора при скольжении 0,04.
  3. частота тока ротора при скольжении 0,03
  4. частота тока ротора в состоянии покоя.

РЕШЕНИЕ

(i) Поле статора вращается с синхронной скоростью:

Ns = 120f/P = (120×50)/4 = 1500 об/мин.

(ii) Скорость ротора:

S = (Ns-N)/Ns или N = Ns (1-S)
N = 1500 (1 — 0,04)
N = 1440 об/мин.

(iii) частота тока ротора, fr = Sf

fr = 0,03 x 50 = 1,5 цикла/сек.

(iv) в состоянии покоя, S = 1

fr= Sf = 1 x 50
fr= 50 циклов/сек.

ПРИМЕР 2:

4-полюсный 3-фазный асинхронный двигатель питается от источника электроэнергии с частотой 50 циклов/сек. Частота тока ротора 1,5 цикл/сек. Найдите скольжение и скорость ротора.

РАСТВОР

fr = Sf или S = ​​fr/f = 1,5/50 = 0,03 или 3%
Ns = 120f/P = (120x 50)4 = 1500 об/мин.
N = Ns (I — S) = 1500 (1 — 0,03) = 1455 об/мин.

ПРИМЕР 3:

Если Э.Д.С. в роторе 8-полюсного асинхронного двигателя частота 1,5 Гц, а в статоре 50 Гц, с какой скоростью работает двигатель и каково скольжение.

Posted inДвигатель