Асинхронный электродвигатель: Принцип действия асинхронного двигателя кратко

Среди различных типов электродвигателей, доступных сегодня, очень распространены асинхронные двигатели. Их мощность и эффективность обеспечивают их применение в дерево- и металлообрабатывающей промышленности, насосном оборудовании, на заводах, станках и электроинструментах.

Асинхронный электродвигатель: устройство, принцип работы, виды

Одним из наиболее распространенных в мире типов электродвигателей является асинхронный электродвигатель. Благодаря высокой надежности и неприхотливости в эксплуатации, эти агрегаты широко применяются в различных областях промышленности и сельского хозяйства и помогают решать бытовые и общепромышленные задачи любой сложности. Поэтому в данной статье мы подробно рассмотрим характеристики асинхронных двигателей.

Конструктивно простейший асинхронный двигатель представляет собой рамку, вращающуюся в переменном магнитном поле. Однако на практике эта модель является достаточно информативной и не имеет практического применения в промышленности. Поэтому построение функциональной модели асинхронного двигателя показано на рис. 1 ниже.

Рис. 1.Конструкция асинхронного электродвигателя

Весь двигатель помещен в корпус7 , основной задачей которого является обеспечение достаточной механической прочности, чтобы выдерживать достаточные усилия. Поэтому чем выше мощность машины, тем прочнее шасси и корпус.

Сердечник статора 3 расположен внутри корпуса и действует как магнитный проводник для динамических линий магнитного поля. Для снижения потерь в стали магнитопровод изготавливается из формованного листа, хотя в некоторых моделях используются и монолитные варианты.

Паз сердечника статора содержит 2 обмотки, предназначенные для производства АДР посредством электричества. Количество обмоток зависит от количества пар полюсов на фазу. По количеству обмоток электродвигатели также можно разделить следующим образом

Внутри статора находится подвижный элемент (ротор 6). Бегунки могут быть короткозамкнутыми бегунками клетки или бегунками фазы. На диаграмме показан первый вариант. Ротор состоит из сердечника 5 и сепаратора 4, также изготовленного из стали. Вся конструкция установлена на металлическом валу 1, который передает вращательное и механическое усилие.

Принцип работы

Он заключается в формировании электромагнитного поля вокруг проводника, по которому течет ток. Для асинхронных электродвигателей этот процесс начинается, как только обмотки статора становятся активными. Это вызывает в роторе возвратно-поступательное АДР, и через металлический каркас протекает ток. Наличие вихрей создает свои собственные АДР, которые формируют электромагнитное поле ротора. Наиболее эффективная работа асинхронных двигателей достигается при работе в трехфазной сети.

Как показано на рисунке 2 ниже, обмотки статора вращаются на 120° по отношению друг к другу.

Рис. 2. Геометрический сдвиг фазы статора

Таким образом, магнитное поле рабочих обмоток может быть настроено на напряжение трехфазной сети с одинаковой разницей в кривых электрической величины.

Рис. 3.Принцип создания магнитного потока в асинхронных двигателях

На рисунке 3 все три этапа показаны разными цветами, чтобы облегчить понимание процесса. Также показана кривая тока, протекающего через фазы асинхронного двигателя. Теперь рассмотрим физический процесс вращения обмоток двигателя в трех положениях, показанных на рисунке.

• I — В этом положении максимальный ток протекает в красной обмотке двигателя, а значения тока в желтой и синей обмотках равны. Основной ток в линии электропередачи формируется красной фазой, две другие являются дополнительными.
• II — В этот момент желтая синусоида равна нулю, поэтому ток не генерируется, а значения токов красной и синей фаз равны. Ток формируется одновременно в двух фазах и вращается со смещением вправо по часовой стрелке.
• III-Третья точка характеризуется пиком тока на синей кривой, в то время как красная и желтая кривые имеют одинаковую ширину, но противоположные направления. В результате максимальные линии магнитного поля на южном и северном полюсах смещаются еще на 30°.

Согласно этому принципу, в асинхронном электродвигателе магнитное поле статора вращается в течение определенного периода времени. Благодаря магнитному взаимодействию с полем статора асинхронного двигателя ротор постепенно перемещается вокруг своей оси. Можно сказать, что бегунок пытается поймать поле статора. Из-за разного вращения поля этот тип электродвигателя называется асинхронным.

Отличие от синхронного двигателя

Помимо простых асинхронных электродвигателей, в промышленности используются и современные электродвигатели. Основное отличие современных двигателей заключается во вспомогательной обмотке ротора, используемой для создания стабильного магнитного потока, как показано на рис. 4 ниже.

Рис. 4.Различия между асинхронными и синхронными двигателями

Эта обмотка создает магнитный поток, который не зависит от движущей силы обмотки статора электродвигателя. Таким образом, при возбуждении синхронного двигателя его вал начинает вращаться одновременно с полем статора. В отличие от асинхронной формулы, где есть разница в движении, это естественно выражается как скольжение и рассчитывается по следующему уравнению

где s — величина скольжения, измеренная в процентах n.₁ частота, на которой вращается поле статора, n₂ — частота, с которой вращается ротор.

Современные двигатели используются в приложениях, где важно поддерживать высокую степень синхронизации между подачей питания и запуском привода. Он также обеспечивает сохранение рабочих характеристик во время запуска.

На практике, согласно ГОСТ 12139-84, существуют различные типы асинхронных электродвигателей, которые отличаются как по сфере применения, так и по мощности. Поскольку перечислить все варианты невозможно, рассмотрены наиболее важные критерии для классификации асинхронных машин на типы.

В зависимости от количества фаз питания различают следующие виды фаз

• Трехфазные — используются в сетях, где все фазы могут быть подключены одновременно, но в некоторых случаях могут работать и в однофазных сетях.
• Двухфазный — используется во многих приборах и состоит из двух рабочих обмоток, одна из которых приводится в действие сетевым напряжением, а другая подключается через фазосдвигающий конденсатор.
• Однофазный — как и в предыдущей модели, содержит две обмотки, одна из которых является рабочей, а другая — пусковой.

Они отличаются типом ротора.

• Бегунок с закороченной клеткой — более высокая пусковая мощность, но и более низкая стоимость.
• С фазными обмотками ротора — к ротору присоединена вспомогательная обмотка, что делает работу двигателя более плавной.

В зависимости от способа кормления:.

• Статор — классическая модель, где рабочая обмотка прикреплена к статору; или
• Асинхронные двигатели Шраге-Рихтера, в которых рабочая обмотка присоединена к вращающемуся элементу, широко используются на практике.

Наиболее широко используемыми методами векторного управления асинхронными электродвигателями являются управление с ориентацией на поле и прямое управление моментом.

История появления

История асинхронных электродвигателей началась в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя. В том же году другой ученый-электрик, Галилео Феррарис, опубликовал работу, посвященную теоретическим аспектам асинхронных электродвигателей.

В 1889 году русский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил немецкий патент на асинхронный трехфазный электродвигатель.

Все эти изобретения способствовали совершенствованию электрических машин и привели к их массовому использованию в промышленности. Это значительно ускорило все технические процессы на производстве, повысило эффективность труда и снизило трудоемкость.

В настоящее время наиболее распространенным электродвигателем, используемым в промышленности, является прототип электродвигателя, созданный Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Основными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые разделены воздушным зазором. Активную работу двигателя выполняют обмотки и сердечник ротора.

Асинхронный двигатель означает, что скорость вращения ротора отличается от скорости электромагнитного поля.

Статор является неподвижной частью двигателя, его сердечник изготовлен из электромагнитной стали и установлен на раме. Рама статора изготовлена из немагнитных материалов (чугун, алюминий). Обмотка статора представляет собой трехфазную систему, в которой кабели расположены в пазах с углом отклонения 120°. Фазы обмотки стандартно подключаются к сети по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор — это движущаяся часть двигателя. Существует два типа бегунков асинхронного двигателя: бегунки с короткозамкнутой клеткой и бегунки с фазой. Эти типы отличаются конструкцией обмоток ротора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

Этот тип электродвигателя был впервые запатентован М.-О. Доливо-Добровольского и широко известен как «беличье колесо» из-за своего внешнего вида. Закороченная обмотка ротора состоит из закороченного медного стержня (алюминий, латунь), который вставляется в гнездо обмотки сердечника ротора. Поскольку ротор этого типа не имеет подвижных контактов, эти двигатели очень надежны и долговечны в эксплуатации.

Асинхронные двигатели с фазным ротором

Это устройство позволяет изменять скорость в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, соединенную в звезду или треугольник. Эти двигатели оснащены специальными щетками, с помощью которых можно регулировать скорость вращения ротора. Добавление специального реостата в механизм этих двигателей снижает пусковое сопротивление двигателя и минимизирует пусковые токи, которые могут негативно повлиять на сеть и само устройство.

Принцип действия.

Когда электричество подается на старую обмотку, возникает магнитный поток. Поскольку фаза сдвинута на 120°, это вызывает вращение потока в сторону заворота. Если ротор закорочен, это вращение создает ток в роторе, создавая электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля курсора и статора заставляют ротор носителя вращаться. Если бегунки находятся в фазе, напряжение подается одновременно на статор и курсор, вызывая появление магнитного поля в каждом механизме, взаимодействуя друг с другом и вращая курсор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Асинхронные двигатели — это высокоэффективные устройства с отличными механическими характеристиками и пионером в частоте использования.