принцип работы, устройство и сферы применения асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель (АД) с фазным ротором представляет собой многофункциональную силовую установку, которая поддерживает регулировку с помощью внесения в роторную цепь добавочных сопротивлений. От классических моделей с короткозамкнутым ротором агрегат отличается более высоким пусковым моментом и низким пусковым током. Классификация устройств осуществляется с учетом их свойств и конструкции.

• Общая информация
• Технические характеристики
• Устройство и конструкция
• Принцип работы
• Плюсы и минусы
• Сферы применения

Общая информация

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель с фазным ротором, необходимо внимательно изучить особенности его пуска. При запуске установки ее ротор параллельно переходит из состояния покоя в медленное и равномерное вращение. При этом система уравновешивает момент сил сопротивления посредством собственного вала.

Во время запуска начинается усиленное потребление энергетических ресурсов, что связано с преодолением тормозного момента и компенсацией потерь внутри силовой установки. Нередко параметры начального пускового момента далеки от требуемых, поэтому асинхронный двигатель не способен перейти в режим полноценной работы. В таком случае ускорение приостанавливается, а постоянное воздействие чрезмерного тока приводит к перегреву внутренних узлов установки.

По этой причине частота запусков двигателя ограничивается несколькими включениями. Если агрегат работал от электрической сети с низкой мощностью, тогда подобное явление может снизить общее напряжение и нарушить работу других приборов, присоединенных к этой линии.

Наличие в роторной цепи пусковых резисторов снижает показатели электрического тока, но при этом поднимает начальный пусковой момент, пока он не достигнет пиковой отметки. Запуск силовой установки бывает легким, нормальным или тяжелым.

В зависимости от этого фактора можно определить оптимальные параметры сопротивления резисторов.

После успешного запуска остается поддерживать стабильный вращающий момент на этапе разгона ротора, что сократит продолжительность перехода из спокойного состояния в стадию вращения и снизит вероятность нагрева. Для этого необходимо уменьшить показатели сопротивления резисторов.

Переключение разных резисторов происходит из-за подключения контакторов ускорения в последовательном порядке. Отключать двигатель от электрической сети можно только при накоротко замкнутой роторной цепи. Если это требование проигнорировать, то появится риск существенного перенапряжения в обмоточных фазах статора.

Технические характеристики

Существуют установленные требования, гарантирующие качественную работу асинхронных двигателей с фазным ротором. От них зависят базовые параметры и характеристики системы, включая:

1. Размеры и мощность установки, соответствующие техническому регламенту.
2. Защиту от внешних воздействий. Ее степень определяется окружающими условиями, в которых будет расположена машина. Дело в том, что одни установки предназначаются для работы внутри помещения, в то время как другие способны функционировать и на улице. К тому же доступные на рынке агрегаты отличаются климатическими особенностями. Например, существуют двигатели, которые выдерживают экстремальный холод или, наоборот, сильную жару. В зависимости от условий использования они обладают характерным исполнением и защитой.
3. Степень изоляции. Асинхронные двигатели с фазным ротором должны быть устойчивыми к высоким температурным показателям и возможным нагревам внутренних механизмов. Для предотвращения воспламенений их защищают специальными изоляционными слоями.
4. Соответствие установленным стандартам и режимам функционирования.
5. Наличие мощной охладительной системы, которая соответствует рабочему режиму двигателя.
6. Уровень шума во время запуска на холостом ходу. Он соответствует второму классу или ниже.

Устройство и конструкция

Желая купить асинхронный электродвигатель с фазным ротором, необходимо хорошо разбираться в его устройстве и конструкционных особенностях. В первую очередь нужно знать, что к основным частям установки относятся статор, который является неподвижным, и ротор — вращающийся механизм внутри статора. Между обоими элементами расположен воздушный зазор, а их поверхность покрыта специальной обмоткой.

Обмотка статора подключена к электрической сети с переменным напряжением, которое передается на обмотку ротора. Взаимодействие узлов обусловлено магнитным потоком.

Что касается корпуса статора, то в качестве него используется корпус двигателя, внутри которого расположен запрессованный сердечник. В последнем находятся проводники обмотки, защищенные от замыкания изоляцией. Обмотка сердечника состоит из нескольких секций, заключенных в катушки.

В роторе установлены вал и сердечник из набранных пластин. Последний элемент создается на основе высокотехнологичной стали и обладает симметричными пазами с проводниками. При работе вал ротора передает крутящий момент к приводу установки. В зависимости от типа ротора выделяют две разновидности двигателей:

1. С короткозамкнутым ротором.
2. С фазным ротором.

В первом типе роторов присутствуют алюминиевые стержни, которые находятся внутри сердечника и замкнуты на торцах кольцами. Их также называют «беличьим колесом». Обычно пазы установки обрабатываются алюминием, что повышает их прочность.

Фазный ротор асинхронного двигателя существенно отличается от предыдущей разновидности. Число катушек, установленных под конкретным углом, в таких моделях определяется количеством парных полюсов. При этом пары полюсов в роторе такого типа всегда сопоставимы с аналогичными статорными парами.

Принцип работы

Изучив устройство АД с фазным ротором и его запуск, можно приступать к более подробному рассмотрению работы такой установки. Её можно разделить на несколько пунктов:

1. На статор с тройной обмоткой подается трехфазное напряжение от электрической сети с переменным током.
2. Затем начинается образование магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. По мере ускорения вращательных движений скорость оборотов ротора существенно растет.
3. По достижении определенных показателей отдельные линии полей обоих узлов пересекаются, что вызывает появление электродвижущей силы. Она воздействует на роторную обмотку, за счет чего в ней формируется электрический ток.
4. В определенный момент времени между магнитным полем статора и током в роторе начинается взаимодействие, образующее крутящий момент. Именно за счет него и осуществляется работа асинхронного двигателя.

Плюсы и минусы

В последнее время асинхронные агрегаты пользуются большой популярностью. Она связана с массой преимуществ, которыми они обладают. В их числе:

1. Высокие значения при начальном вращающем моменте.
2. Способность принимать любые механические перегрузки без существенного изменения КПД или нарушения стабильной работы установки. Даже если в системе возникают разнообразные перегрузки, агрегат продолжает функционировать с заданной скоростью и практически не отклоняется от базового режима.
3. Сниженный пусковой ток. В отличие от других асинхронных моделей, например, с короткозамкнутым ротором, у этих двигателей сравнительно низкие показатели пускового тока.
4. Возможность полной автоматизации работы.
5. Простота конструкции.
6. Простая схема запуска.
7. Сравнительно невысокая цена.
8. Отсутствие необходимости сложного и дорогостоящего обслуживания.

Кроме множества плюсов у двигателей этого типа имеются и недостатки. К ключевым минусам относят довольно крупные габариты, из-за которых монтаж и дальнейшая эксплуатация системы усложняются, а также сниженный КПД по сравнению со многими аналогами.

По последнему показателю устройства с короткозамкнутым ротором более продуктивные.

Сферы применения

В настоящее время многие промышленные двигатели являются асинхронными. Их популярность обусловлена вышеперечисленными плюсами и доступностью. Сферы применения таких агрегатов очень обширные, поэтому их активно используют для работы автоматизированных устройств из телемеханической сферы, бытового и медицинского оборудования и звукозаписывающих установок. Асинхронный двигатель — это полезное изобретение нынешнего времени, которое упрощает жизнь человека и обеспечивает хороший КПД при минимальных затратах электроэнергии.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Фазный ротор

Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.

Статор (3) выполнен, так же как и в обычном асинхронном двигателе, он представляет из себя полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в который уложена трехфазная обмотка.

Ротор (4) по сравнению с короткозамкнутым, представляет из себя более сложную конструкцию. Он состоит из сердечника в который уложена трехфазная обмотка, аналогично обмотке статора. Отсюда название двигателя. Если двигатель двухполюсный, то обмотки ротора смещены геометрически друг относительно друга на 120. Эти обмотки соединяются с тремя контактными кольцами (2), расположенными на валу (5) ротора. Контактные кольца выполнены из латуни или стали, причем друг от друга они изолированы. С помощью нескольких металлографитовых щеток (обычно двух), которые расположены на щеткодержателе (1) и прижимаются пружинами к кольцам, в цепь вводятся добавочные сопротивления. Выводы обмоток соединяются по схеме «звезда».

Добавочное сопротивление вводится только при пуске двигателя. Причем им обычно служит ступенчатый реостат, сопротивление которого уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Таким образом пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато. После того, как разгон закончился и двигатель вышел на естественную механическую характеристику, обмотку ротора закорачивают. Для того, чтобы сохранить щетки и снизить потери на них, в двигателях с фазным ротором существует специальное устройство, которое поднимает щетки и замыкает кольца. Таким образом, удается повысить еще и КПД двигателя.

Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.

Для того чтобы автоматизировать пуск двигателя, в обмотку ротора включают индуктивность. В момент пуска, частота тока в роторе наибольшая, а значит и индуктивное сопротивление максимально. Затем, при разгоне двигателя, частота, как и сопротивление уменьшаются, и двигатель постепенно начинает работать в обычном режиме.

За счет усложнения своей конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором, обладает хорошими пусковыми и регулировочными характеристиками. Но по той же причине, его стоимость возрастает приблизительно в 1.5 по сравнению с обычным АД, кроме того увеличивается масса, размеры и как правило, уменьшается надежность двигателя.

Двигатели трехфазные, двухфазные и однофазные – как они устроены, для чего используются

Трехфазные, двухфазные и однофазные двигатели – как они устроены, для чего используются

2021-05-21

• Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором
• Однофазный двигатель
• Как запустить однофазный двигатель?
• Двухфазный двигатель

Основная идея однофазных и трехфазных электродвигателей довольно проста. Они преобразуют электрическую энергию в механическую за счет вращения вала. Это возможно благодаря использованию магнитного поля. Очевидно, что в зависимости от приложения для запуска вращения необходимо использовать другое решение.

Асинхронные трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором или фазным ротором наиболее распространены в промышленности. Это в основном связано с их простой конструкцией, простотой в эксплуатации и способностью достигать гораздо более высокой выходной мощности, чем однофазные двигатели . Они используются в компрессорах, токарных, фрезерных станках и многих других устройствах.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из ротора и статора с зубьями и пазами. Обмотки размещены в пазах. В случае ротора это алюминиевые или медные стержни, соединяющие два кольца вместе. Таким образом, они образуют форму клетки. Стержни, из которых построена клетка, установлены наклонно, что обеспечивает равномерное вращение. Асинхронные двигатели также называют асинхронными двигателями. Это связано с тем, что фактическая скорость двигателя всегда меньше его синхронной скорости.

Трехфазные двигатели в предложении TME

Основными недостатками асинхронных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются высокий пусковой ток и низкий пусковой момент. Асинхронные двигатели потребляют ток, в пять-восемь раз превышающий номинальный ток. Это вызывает нагрев обмоток, что является негативным явлением. Кроме того, такое высокое потребление тока может вызвать колебания напряжения в сети. По этой причине двигатели мощностью более 4 кВт нельзя даже напрямую подключать к сети. Поэтому можно использовать несколько методов запуска.

Одним из них является использование пускателя звезда-треугольник. Это означает, что при пуске в течение определенного периода момент ниже, а напряжение на каждой обмотке равно фазному напряжению. Когда двигатель набирает скорость, переключатель звезда-треугольник меняет соединения обмоток, так что начало одной обмотки соединяется с концом другой, нейтральный провод не используется, и двигатель работает на номинальной мощности.

Второй способ безопасного запуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором — использование устройства «мягкого пуска». Представляет собой электронную схему с использованием тиристоров и симисторов, предназначенную для плавного повышения напряжения, подаваемого на обмотки. В современных двигателях это решение предпочтительнее классического пускателя по схеме звезда-треугольник.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором является вторым по популярности типом трехфазного двигателя. Его конструкция более сложная, что выливается в более высокие затраты, связанные с приобретением и эксплуатацией данного типа мотора. При этом три обмотки соединяются в звезду, т. е. одинаковые концы обмоток (обычно обозначаемые буквами U, V, W) соединяются в общую точку. Остальные три конца (К, L, М) соединены с контактными кольцами со щетками. Концы этих обмоток выведены наружу, что позволяет подключить к обмоткам дополнительные цепи, обеспечивающие, например, плавный пуск.

Асинхронные двигатели с фазным ротором можно запустить с помощью дополнительных резисторов на стороне ротора. Они позволяют нам уменьшить ток ротора и, следовательно, уменьшить потребляемый ток. Это решение используется все реже и реже из-за высокой стоимости и сложности конструкции.

Другим решением является использование инвертора. Это решение тоже недешевое, но оно открывает большие возможности. Это позволяет точно контролировать скорость вращения двигателя. Инверторы также используются с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а это означает, что более дорогие двигатели с фазным ротором становятся менее распространенными.

Для запуска двигателя необходимо создать вращающееся магнитное поле. Трехфазный двигатель создает вращающееся магнитное поле. Это возможно из-за фазового сдвига на 120 градусов. Иначе обстоит дело с однофазными двигателями. Вам нужно сгенерировать фазовый сдвиг для запуска.

Однофазный двигатель

Однофазные двигатели редко используются в промышленности, но обычно используются в домашнем хозяйстве, например, в бытовых приборах или электроинструментах. Это связано с тем, что большинству этих устройств не требуется слишком много энергии, и они должны быть просты в использовании. Поэтому они должны работать при подключении к обычной электрической розетке, без необходимости иметь трехфазное электроснабжение. Однофазные двигатели обычно обеспечивают мощность примерно до 2 кВт, что достаточно для большинства бытовых приборов.

Однофазные двигатели в наличии в TME

Как запустить однофазный двигатель?

Однофазный двигатель имеет конструкцию, аналогичную трехфазному двигателю . Однако, поскольку он имеет только одну обмотку, при подаче напряжения не создается вращающееся магнитное поле, и поэтому ротор не движется. Однако, если вы переместите вал двигателя, он будет вращаться сам по себе. С другой стороны, перемещение вала вручную небезопасно и не удобно. Следовательно, для запуска используется конденсатор и дополнительная обмотка, так называемая пусковая обмотка. Она чаще всего смещена на 90 градусов от основной обмотки. Пусковая обмотка используется только для запуска двигателя. Когда двигатель достигает своей номинальной скорости, его необходимо отключить. В противном случае он перегреется и сгорит.

Двухфазный двигатель

Очень редким типом электродвигателя является двухфазный асинхронный двигатель . Когда-то они встречались в промышленных растворах, хотя и там были редкостью. В настоящее время они практически не используются и расцениваются как диковинки. Двухфазные двигатели устроены аналогично однофазным двигателям и работают по тому же принципу. Основное отличие состоит в том, что роль пусковой обмотки, встречающейся в однофазных двигателях, выполняет симметричная основной обмотка, сдвинутая на 90 градусов. Чтобы получить фазовый сдвиг, близкий к 90 градусам, необходимо, как и в случае однофазных двигателей , использовать конденсатор с правильным значением емкости. Кроме того, требуется двухфазная система, что нецелесообразно — большинство нагрузок питаются от однофазных или трехфазных источников питания. По этой причине двухфазные двигатели не получили большого распространения. В настоящее время они практически полностью заменены однофазными и трехфазными двигателями, которые гораздо более практичны и универсальны.

Однофазные и трехфазные двигатели имеют очень широкий спектр применения и поэтому имеют разные параметры. Чтобы найти двигатель, подходящий для вашего проекта, ознакомьтесь с ассортиментом однофазных и трехфазных электродвигателей TME. Наш широкий ассортимент продукции позволяет легко найти двигатель для промышленной и бытовой техники. Наше предложение адресовано как индивидуальным, так и бизнес-клиентам, поэтому в нашем ассортименте вы обязательно найдете то, что ищете.

Поделитесь этой статьей

Схемы и работа однофазного двигателя

Однофазные двигатели очень широко используются в домах, офисах, мастерских и т. д., так как питание в большинстве домов и офисов является однофазным. Кроме того, однофазные двигатели надежны, дешевы, просты по конструкции и легко ремонтируются.

Однофазные электродвигатели можно классифицировать как:

1. Однофазный асинхронный двигатель (расщепленная фаза, конденсатор, экранированный полюс и т. д.)
2. Однофазный синхронный двигатель
3. Отталкивающий двигатель и т. д.

В этой статье объясняется основная конструкция и работа однофазного асинхронного двигателя .

Однофазный асинхронный двигатель

Конструкция однофазного асинхронного двигателя аналогична конструкции трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что статор намотан для однофазного питания. Статор также снабжен «пусковой обмоткой», которая используется только для запуска. Это можно понять из 9Схема 0021 однофазного асинхронного двигателя слева.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Когда статор однофазного двигателя питается от однофазной сети, в обмотке статора создается переменный поток. Переменный ток, протекающий через обмотку статора, вызывает индукционный ток в стержнях ротора (короткоклеточного ротора) в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Этот индуцированный ток в роторе также будет создавать переменный поток. Даже после установки обоих переменных потоков двигатель не запускается (причина объяснена ниже). Однако, если ротору придается первоначальный пуск от внешней силы в любом направлении, то двигатель разгоняется до конечной скорости и продолжает работать с номинальной скоростью. Такое поведение однофазного двигателя можно объяснить с помощью теории вращения двойного поля.

Теория вращения двойного поля

Теория вращения двойного поля утверждает, что любая переменная величина (здесь переменный поток) может быть разложена на две составляющие, имеющие величину, равную половине максимальной величины переменной величины, и обе эти составляющие вращаются в противоположных направлениях. направление.

Следующие рисунки помогут вам понять теорию вращения двойного поля.

Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?

Статор однофазного асинхронного двигателя намотан однофазной обмоткой. Когда на статор подается однофазное питание, он создает переменный поток (который меняется только вдоль одной пространственной оси). Переменный поток, действующий на ротор с короткозамкнутым ротором, не может вызывать вращение, только вращающийся поток может. Вот почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно.

Как сделать однофазный асинхронный двигатель самозапускающимся?

• Как объяснялось выше, однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно . Чтобы сделать его самозапускающимся, его можно временно преобразовать в двухфазный двигатель при запуске. Этого можно добиться введением дополнительной «пусковой обмотки», также называемой вспомогательной обмоткой.
• Следовательно, статор однофазного двигателя имеет две обмотки: (i) основную обмотку и (ii) пусковую обмотку (вспомогательную обмотку).