Что такое асинхронный двигатель определение. Асинхронные двигатели: принцип работы, особенности и применение в современной промышленности

Что такое асинхронный двигатель и как он работает. Какие преимущества имеют асинхронные двигатели перед другими типами электродвигателей. Где применяются асинхронные двигатели в промышленности и быту. Каковы основные характеристики и параметры асинхронных двигателей. Как правильно выбрать асинхронный двигатель для конкретной задачи.

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель — это электрическая машина переменного тока, работа которой основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, индуцированных этим полем в обмотке ротора. Ключевой особенностью асинхронного двигателя является то, что частота вращения ротора не совпадает (не синхронна) с частотой вращения магнитного поля статора.

Основными частями асинхронного двигателя являются:

• Статор — неподвижная часть с обмотками, создающими вращающееся магнитное поле
• Ротор — вращающаяся часть с короткозамкнутой обмоткой или обмоткой с контактными кольцами
• Подшипниковые щиты
• Вал
• Вентилятор охлаждения
• Клеммная коробка

Принцип работы асинхронного двигателя заключается в следующем:

1. При подаче трехфазного переменного тока на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле.
2. Это поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС.
3. Под действием ЭДС в обмотке ротора возникают токи.
4. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент.
5. Под действием вращающего момента ротор начинает вращаться в сторону вращения магнитного поля статора.

При этом частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. Разность между этими частотами называется скольжением. Именно наличие скольжения обеспечивает индуцирование токов в роторе и создание вращающего момента.

Основные типы и конструкции асинхронных двигателей

Существует два основных типа асинхронных двигателей:

1. Двигатели с короткозамкнутым ротором

Это наиболее распространенный и простой тип. Обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки» — алюминиевых или медных стержней, замкнутых по торцам кольцами. Преимущества: простота конструкции, надежность, низкая стоимость. Недостатки: сложность регулирования скорости, большой пусковой ток.

2. Двигатели с фазным ротором

Имеют на роторе трехфазную обмотку, выведенную на контактные кольца. Это позволяет включать в цепь ротора дополнительные сопротивления для регулирования скорости и момента. Преимущества: хорошая регулировочная способность. Недостатки: сложность конструкции, наличие скользящих контактов.

По конструктивному исполнению асинхронные двигатели бывают:

• Закрытые — с полностью закрытым корпусом
• Защищенные — с вентиляционными отверстиями
• Открытые — без специальной защиты
• Взрывозащищенные — для работы во взрывоопасных средах

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют ряд важных преимуществ:

• Простота конструкции и высокая надежность
• Низкая стоимость
• Высокий КПД (до 95% у крупных двигателей)
• Возможность прямого пуска от сети
• Хорошие массогабаритные показатели
• Возможность работы в тяжелых условиях

К недостаткам можно отнести:

• Сложность регулирования скорости
• Относительно небольшой пусковой момент
• Низкий коэффициент мощности при малых нагрузках
• Большой пусковой ток (5-7 кратный от номинального)

Области применения асинхронных двигателей

Благодаря своим преимуществам, асинхронные двигатели нашли широчайшее применение в различных отраслях:

Промышленность:

• Приводы насосов, вентиляторов, компрессоров
• Конвейеры и транспортеры
• Подъемно-транспортные механизмы
• Металлообрабатывающие станки
• Прокатные станы

Транспорт:

• Тяговые двигатели электровозов
• Привод троллейбусов и трамваев
• Судовые вспомогательные механизмы

Сельское хозяйство:

• Приводы сельхозмашин и агрегатов
• Системы орошения
• Кормоприготовительные машины

Бытовая техника:

• Стиральные и посудомоечные машины
• Холодильники и кондиционеры
• Насосы и вентиляторы

Основные характеристики асинхронных двигателей

Для правильного выбора и эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его основные характеристики:

1. Номинальная мощность

Это мощность на валу двигателя при номинальной нагрузке. Измеряется в кВт или л.с.

2. Номинальное напряжение

Напряжение, на которое рассчитан двигатель. Обычно 220/380 В или 380/660 В.

3. Номинальная частота

Частота питающего напряжения, чаще всего 50 Гц.

4. Номинальная частота вращения

Частота вращения ротора при номинальной нагрузке. Зависит от числа пар полюсов и частоты питания.

5. Номинальный ток

Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке.

6. КПД

Отношение полезной мощности к потребляемой. У современных двигателей достигает 90-95%.

7. Коэффициент мощности (cos φ)

Отношение активной мощности к полной. Обычно 0.8-0.9.

8. Кратность пускового тока

Отношение пускового тока к номинальному. Обычно 5-7.

9. Кратность пускового момента

Отношение пускового момента к номинальному. Обычно 1.2-2.

10. Кратность максимального момента

Отношение максимального момента к номинальному. Обычно 2-3.

Выбор асинхронного двигателя

При выборе асинхронного двигателя для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требуемая мощность и момент нагрузки
2. Режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный)
3. Условия окружающей среды (температура, влажность, запыленность)
4. Конструктивное исполнение (способ монтажа, степень защиты)
5. Способ охлаждения
6. Напряжение и частота питающей сети
7. Требуемая частота вращения
8. Необходимость регулирования скорости
9. Характер нагрузки (постоянная, переменная)
10. Условия пуска (прямой, плавный, частотный)

Правильный выбор двигателя обеспечит его надежную и эффективную работу в течение длительного срока.

Регулирование скорости асинхронных двигателей

Регулирование скорости асинхронных двигателей может осуществляться несколькими способами:

1. Изменение частоты питающего напряжения

Наиболее современный и эффективный способ. Реализуется с помощью преобразователей частоты. Позволяет плавно регулировать скорость в широком диапазоне.

2. Изменение числа пар полюсов

Применяется в многоскоростных двигателях. Позволяет получить несколько фиксированных скоростей.

3. Регулирование напряжения статора

Используется для двигателей с фазным ротором. Позволяет регулировать скорость вниз от номинальной.

4. Введение сопротивлений в цепь ротора

Применимо только для двигателей с фазным ротором. Позволяет регулировать скорость вниз от номинальной.

Наиболее перспективным является частотное регулирование, так как оно обеспечивает плавное изменение скорости и высокий КПД во всем диапазоне регулирования.

Энергоэффективность асинхронных двигателей

Повышение энергоэффективности асинхронных двигателей является важной задачей, учитывая их широкое распространение. Основные пути повышения энергоэффективности:

• Применение высококачественных электротехнических сталей
• Оптимизация геометрии магнитопровода
• Использование медной обмотки ротора вместо алюминиевой
• Увеличение длины сердечника статора и ротора
• Применение частотно-регулируемого привода
• Правильный выбор мощности двигателя

Современные энергоэффективные асинхронные двигатели имеют КПД на 2-4% выше, чем стандартные. Это позволяет существенно снизить потребление электроэнергии при длительной эксплуатации.

Диагностика и обслуживание асинхронных двигателей

Для обеспечения надежной работы асинхронных двигателей необходимо проводить их регулярную диагностику и обслуживание. Основные мероприятия включают:

1. Периодический осмотр и очистка от загрязнений
2. Проверка состояния подшипников
3. Измерение сопротивления изоляции обмоток
4. Контроль вибрации и шума
5. Проверка центровки валов двигателя и механизма
6. Смазка подшипников (если предусмотрено конструкцией)
7. Проверка надежности электрических соединений

Своевременное обслуживание позволяет предотвратить серьезные поломки и продлить срок службы двигателя.

Коллекторный и бесколлекторный двигатели — Green-Battery

В ассортименте продукции Greenworks есть инструменты с коллекторным (щёточным) и бесколлекторным (бесщёточным) двигателями. Но везде делается акцент только на бесколлекторном электродвигателе. Почему только на нём, и для чего тогда устройства с щёточным? Расскажем в данной статье преимущества и недостатки каждого электродвигателя и ответим на эти два вопроса.

Коллекторный двигатель

Начнём с того, что двигатель — это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механический и наоборот. Эффективность данного процесса зависит от внутренней конструкции двигателя, которая в свою очередь зависит от источника тока (постоянного или переменного).

Устройство коллекторного двигателя

Якорь. Стержнем всей конструкции является якорь, он же металлический вал. Вал является движущимся элементом, от которого зависит крутящий момент. На нём также располагается ротор.

Ротор. Связан с ведущим валом. Его внешняя конструкция напоминает барабан, который вращается внутри статора. Задача ротора получать или отдавать напряжение рабочему телу.

Подшипники. Они расположены на противоположных концах якоря для его сбалансированного вращения.

Щётки. Выполнены обычно из графита. Их задача предавать напряжение через коллектор в обмотки.

Коллектор (коммутатор). Он выполнен в виде соединенных между собой медных контактов. Во время процесса вращения он принимает на себя энергию с щёток и направляет её в обмотки.

Обмотки. Расположены на роторе и статоре разных полярностей. Их функция в генерировании собственного магнитного поля под воздействием разных полярностей, за счёт чего якорь приходит в действие.

Сердечник статора. Выполнен из металлических пластин. Может иметь катушку возбуждения с полярным напряжением обмотки ротора. Или — постоянные магниты. Данная конструкция зависит от источника напряжения. Является статичным элементом всего механизма.

Плюсы:

• Стоимость меньше, чем у бесколлекторных двигателей (БД).
• Конструкция относительно проще конструкции БД.
• В виду этого, техническое обслуживание проще.

Минусы:

На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает:

• Быстрый износ щёток.
• Снижение мощности инструмента.
• Появление искр.
• Задымление инструмента.
• Выход из строя инструмента раньше его «жизненного цикла».

Если рассматривать бытовую сферу применения, то коллекторный двигатель является традиционным и бюджетным вариантом эксплуатации (и самым часто используемым).
Инструменты на данном типе двигателя преданно и верно справятся с любой повседневной задачей в пределах своих возможностей. Так как такие инструменты по стоимости значительно дешевле инструментов на бесколлекторном двигателе, их рассматривает категория потребителей, которая придерживается мнения: «ничто не вечно». Зачем переплачивать, если любой агрегат может выйти из строя? Мы же считаем, что при надлежащих условиях эксплуатации любой инструмент может прослужить верой и правдой довольно долгий срок. Но выбор за Вами.

Бесколлекторный двигатель

Если в коллекторном двигателе всё приходит в действие за счёт механики, то в бесщёточном — чистая электроника. Также позиции некоторых элементов в конструкции меняются местами. В коллекторном двигателе обмотки находились на роторе, а постоянные магниты — на статоре. У бесколлеторного — постоянные магниты переносятся на ротор, а катушки с обмоткой располагаются на статоре. Также ротор и статор могут менять свои позиции: есть модели двигателей с внешним ротором. Здесь отсутствуют щётки и коллектор, вместо них добавлен микропроцессор (контроллер) и кулер для охлаждения системы. Микропроцессор контролирует положение ротора, скорость вращения, равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки.

Основные типы бесщёточного двигателя :

• Асинхронный — это двигатель, который преобразовывает электроэнергию переменного тока в механическую. Название происходит от разной скорости вращения магнитного поля и ротора. Частота вращения ротора меньше, чем у магнитного поля, создаваемого обмотками статора (Например, двигатель DigiPro, который используется в продукции Greenworks).
• Синхронный — это двигатель переменного тока, у которого частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля.

Тип двигателя с внешним ротором

Расположение ротора и статора в бесщёточном двигателе DigiPro

Плюсы:

• Из-за отсутствия щёток меньше трения.
• Меньше подвержены износу.
• Отсутствие искр и возможного возгорания.
• Упрощенная регулировка крутящего момента в больших пределах.
• Экономия расходуемой энергии.
• У инструментов с реверсом одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
• Быстрый запуск с больших скоростей.
• Могут разгоняться до предельных показателей.
• Некоторые модели при сильной нагрузке оснащены системой защиты двигателя.

Минусы:

• Значительно дороже в цене, чем коллекторные двигатели.
• Техническое обслуживание более узкоспециализированное.

Несомненно бесколлекторные двигатели ориентированы на профессиональные работы с приличной нагрузкой. Несмотря на высокие показатели усовершенствованного типа двигателя, его единственный недостаток бьёт по кошельку. И перед тем, как приобретать инструмент на том или ином двигателе, прежде всего надо поставить перед собой вопрос: для каких целей он нужен. Уже исходя из ответа делать свой выбор.

Сколько людей — столько и мнений. Компания Greenworks старается делать качественную продукцию на разных типах двигателя, чтобы каждый мог подобрать себе инструмент по предпочтениям, функционалу и необходимой мощности под конкретные задачи, которые у каждого клиента свои. Именно поэтому, например, в разделе «Ручной инструмент» Вы можете наблюдать один тип агрегата на коллекторном и бесколлекторном двигателях. Какой лучше? Выбор за Вами!

Всегда интересные новости и статьи от команды сайта Green-Battery.ru
Копирование текстов возможно только со ссылкой на первоисточник.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПЕРФОРИРОВАННЫМ ПОЛЫМ РОТОРОМ | Анненков

1. Сергеев, П. С. Электрические машины / П. С. Сергеев. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955. С. 142.

2. Вевюрко, И. А. К расчету характеристик двухфазной индукционной машины с полым ротором / И. А. Вевюрко // ВЭП. 1957. № 6. C. 34–39.

3. Каасик, П. Б. Асинхронные индукторные микродвигатели устройств автоматики / П. Б. Каасик, И. В. Блинов. Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. 153 с.

4. Лопухина, Е. М. Исследование соотношений размеров и параметров оптимизированных асинхронных исполнительных микродвигателей / Е. М. Лопухина, А. Б. Захаренко, Е. Н. Тараненко // Электротехника. 1997. № 4. С. 12–18.

5. Анненков, А. Н. Пути повышения эксплуатационных и технических характеристик индукционных микромашин с полым ротором / А. Н. Анненков, С. В. Сизиков, А. И. Шиянов // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: межвуз. сб. науч. трудов, Воронежский ГТУ, Междунар. ун-т компьют. технологий. Воронеж, 1999. С. 88–91.

6. Литой сплав на основе железа: а. с. 240262 (СССР) / А. Н. Стрельников, В. А. Михайлиди. Опубл. 26.03.1969. Бюл. № 12.

7. Асинхронный исполнительный двигатель: пат. 2026597 Россия, МКИ6 Н 02 К 17/16 / Ю. П. Клушин, М. Ф. Хлыстов. № 5019415/07; заявл. 29.12.1991; опубл. 10.01.1995. Бюл. № 1.

8. Сизиков, С. В. Асинхронные исполнительные микродвигатели с распределенными параметрами ротора для устройств авиационного оборудования / С. В. Сизиков. Воронеж: Воронежский ГТУ, Воронеж. воен. авиацион. инж. ин-т, 2001. 184 с.

9. Асинхронный двигатель с полым ротором: пол. решение № 2003105570/09 (005913) по заявке на пат. № 2232460 Рос. Федерации от 26.02.2003, МПК H 02k 17/02, 17/16 / А. Н. Анненков, А. И. Шиянов.

10. Анненков, А. Н. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора / А. Н. Анненков, С. В. Сизиков, А. И. Шиянов. Минск: УП «Ризондис», 2004. 234 с.

Асинхронный двигатель и двигатель постоянного тока, чем они отличаются

Асинхронный двигатель и двигатель постоянного тока, чем они отличаются

Двигатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Ранее ЭлектроВести писали, что с 7 по 17 марта 2019 года в выставочном центре Palexpo состоится Женевский автосалон. Всего ожидается свыше 100 мировых и европейских премьер!

По материалам: electrik.info.

Основные направления совершенствования асинхронных электродвигателей общего назначения

Основные направления совершенствования асинхронных электродвигателей общего назначения

Низковольтные асинхронные электродвигатели общего назначения мощностью 0,25…400 кВт, именуемые во всем мире стандартные асинхронные двигатели, составляют основу силового электропривода, применяемого во всех областях человеческой деятельности. Они потребляют до 40% производимой электроэнергии, поэтому их совершенствованию в промышленно развитых странах придают большое значение. Каковы основные направления на этом пути – поделились со СМИ эксперты «НИПТИЭМ».

В настоящее время внутренний рынок России, призванный отражать интересы потребителей, не формулирует сколько-нибудь определенных требований к стандартным асинхронным двигателям, кроме ценовых. В связи с этим для выявления тенденций их совершенствования будем исходить из требований внешнего рынка, на котором уже работают российские заводы, и из достижений основных зарубежных производителей стандартных асинхронных двигателей.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Ведущие фирмы-производители выпускают энергосберегающие стандартные асинхронные двигатели мощностью 15-30 кВт и более. В этих двигателях потери электроэнергии снижены не менее, чем на 10 % по сравнению с ранее производимыми двигателями с «нормальным» КПД (h). При этом КПД энергосберегающего двигателя можно определить как hэ = h / [1 — е (1 — h)], где е — относительное снижение суммарных потерь в двигателе. Очевидно, производство энергосберегающих электродвигателей связано с дополнительными затратами, которые можно оценить с помощью коэффициента удорожания Ку = 1 + (1 — h) е2.100. Результаты расчетов показывают, что в условиях России дополнительные затраты, связанные с приобретением энергосберегающих электродвигателей, окупаются за счет экономии электроэнергии за 2-3 года в зависимости от мощности двигателя. При этом срок окупаемости более мощных двигателей меньше, так как эти двигатели имеют большую годовую наработку и более высокий коэффициент загрузки. В ряде стран вопросы энергосбережения в стандартных асинхронных двигателях связывают не столько со снижением эксплуатационных затрат, сколько с экологическими проблемами, обусловленными производством электроэнергии.

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА. СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА

С энергосбережением — уменьшением потерь в асинхронном двигателе — неразрывно связано повышение его ресурса вследствие снижения температуры его обмоток. При применении системы изоляции класса нагревостойкости F (qб = 100оС и qб — q = 20°С, где qб и q — превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды, соответствующее базовому ресурсу и фактическое) теоретический ресурс системы изоляции обмотки увеличивается в 4 раза согласно известному соотношению Тсл = Тсл.б ехр [-0,1 ln2 (qб — q)], где Тсл и Тсл.б — средний и базовый ресурсы системы изоляции обмоток, причем Тсл.б = 20.103 ч. В действительности ресурс обмотки определяется не только термодеструкцией, но и другими факторами (коммутационным перенапряжением, механическими усилиями, влажностью и др.), поэтому он увеличивается не так значительно, но при этом не менее, чем в 2 раза. Руководствуясь этими соображениями, европейские фирмы-производители стандартных асинхронных двигателей придерживаются правила применения систем изоляции класса нагревостойкости F (qб = 100°С) при превышении температуры обмоток, соответствующем базовому для систем изоляции класса нагревостойкости В (qб = 80°С). Снижение температуры обмоток стандартных асинхронных двигателей способом охлаждения ICO141 МЭК 60034-6 позволяет в уменьшить диаметр вентилятора наружного обдува и существенно (до 5 дБ(А)) снизить уровень вентиляционного шума, который в двигателях с частотой вращения 3000 и 1500 мин-1 является определяющим.

СЕРВИС-ФАКТОР

Декларирование сервис-фактора означает, что двигатель, работающий при номинальных напряжении и частоте может быть перегружен до мощности, получаемой путем умножения номинального значения на сервис-фактор. Обычно сервис-фактор принимают равным 1,15, реже — 1,1. При этом превышение температуры обмоток должно быть не более 90 и 115°С для систем изоляции класса нагревостойкости В и F соответственно. Применение двигателей с сервис-фактором позволяет:
— избежать переустановленной мощности для двигателей, работающих с систематическими перегрузками до 15 %;
— эксплуатировать двигатели в сетях с существенными колебаниями напряжения без снижения нагрузки;
— эксплуатировать двигатели при повышенной температуре окружающей среды без снижения нагрузки.
Результаты расчетов показывают, что при равномерном распределении перегрузок во всем временном интервале допустимая суммарная длительность работы двигателя, имеющего сервис-фактор 1,15, с 15 %-ной перегрузкой составляет треть ресурса. И в этом случае энергосберегающие двигатели с изоляцией класса нагревостойкости F и превышением температуры обмоток, соответствующем классу В, автоматически имеют сервис-фактор 1,15.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ПИТАНИЯ

В настоящее время большинство стандартных асинхронных двигателей в России выпускают на напряжение сети 380 В при частоте 50 Гц. Вместе с тем МЭК предусматривает к 2003 г. переход на напряжение 400 В (публикация МЭК 60038). При этом необходимо будет обеспечивать длительную работу двигателя при отклонениях напряжения от номинального ±10 % (сейчас это ограничение установлено на уровне ±5 % — публикация МЭК 60031-1). Для обеспечения работы двигателя при пониженном на 10 % напряжении питания потребуются новые подходы при проектировании с целью создания соответствующих температурных запасов. Следует отметить, что и в этом случае для энергосберегающих двигателей с сервис-фактором 1,15 проблем не будет. Все европейские фирмы уже производят стандартные асинхронные двигатели на напряжение 400 В, российские заводы — пока только для поставок на экспорт. Одним из насущных требований европейского рынка является обеспечение возможности работы двигателя при напряжении 400 В и частоте 50 Гц от сети 480 В и 60 Гц при повышенной на 20 % номинальной мощности. Такую возможность также следует предусматривать при проектировании новых машин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

Вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) в настоящее время приобретают все большее значение при освоении и сертификации новых серий электродвигателей. ЭМС электродвигателя определяется его способностью в реальных условиях эксплуатации функционировать при воздействии случайных электрических помех и при этом не создавать недопустимых радиопомех другим средствам. Помехи от электродвигателя могут возникать в присоединенных к нему цепях питания, заземления, управления, в окружающем пространстве. ГОСТ Р 50034-92 устанавливает нормы на уровни устойчивости двигателей к отклонениям напряжения и частоты, несимметрии и несинусоидальности питающего трехфазного напряжения, а также методы испытания двигателей на устойчивость к помехам. Вместе с тем при проектировании и производстве асинхронных двигателей для внешнего рынка необходимо руководствоваться публикацией МЭК 1000-2-2, в которой установлены уровни совместимости для низкочастотных распространяющихся по проводам помех и передаче сигналов в низковольтных системах электропитания. При этом измерительное оборудование должно обеспечивать и спектральный анализ на базе компьютерных информационно-измерительных систем.

ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

При работе от преобразователя частоты (ПЧ) в ряде случаев необходимо предусматривать защиту двигателя от перенапряжения (если это не предусмотрено в системе) путем усиления витковой и корпусной изоляции. Большинство выпускаемых и применяемых в настоящее время ПЧ, рассчитанных на среднюю мощность до 3000 кВт, по своей структуре являются инверторами. Выходное трехфазное напряжение в этих ПЧ формируется методом широтно-импульсной модуляции, что приводит к воздействию на изоляцию (витковую, межфазовую) электродвигателя напряжения импульсной формы, амплитуда которого значительно превышает амплитуду первой гармоники выходного напряжения. Это приводит к преждевременному старению изоляции и снижению срока службы обмотки и двигателя в целом. Увеличение срока службы асинхронного двигателя общепромышленного применения в составе регулируемого привода может и должно быть обеспечено схемотехническими решениями ПЧ или введением специальных фильтрующих устройств в цепь питания электродвигателя. Разработка ПЧ и регулируемого электродвигателя в едином конструктивном исполнении позволяет оптимизировать систему электропривода не только по массогабаритным показателям и удобству обслуживания, но и с позиций единой системы независимого теплоотвода решить вопрос охлаждения машины на малых частотах вращения. При регулировании частоты вращения, превышающей синхронную, следует применять подшипники соответствующей быстроходности. В связи с этим в публикации МЭК 60034- 1 предусмотрено значительное увеличение предельных скоростей, допускаемых для стандартных асинхронных двигателей.

Авторы: Кравчик А.Э., д.т.н., Андрианов М.В., к.т.н.

Оценочные исследования тягового асинхронного электродвигателя с пониженным напряжением питания для рудничного электровоза

Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/44740

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Значение, Определение, Предложения . Что такое асинхронный двигатель

Фазы двигателей

Электродвигатели осуществляют питание с помощью переменного тока.  Электродвигатели разделяются на синхронные и асинхронные, отличие этих двигателей в принципе их работы. Синхронные движутся синхронно с магнитным полем, питающего их напряжения. Они в основном используются при наличии большой мощности. Асинхронные двигатели – это электродвигатели, которые работают с помощью переменного тока, где частота вращения ротора зависит от частоты вращающего магнитного поля. Такие двигатели широко применяются в наше время. Также электродвигатели переменного тока отличаются количеством фаз. Они подразделяются на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Особенности фаз электродвигателей

• Однофазные двигатели применяются для подключения к однофазной сети переменного тока. Это асинхронный двигатель, у которого статор имеет одну обмотку, подключающуюся к сети однофазного тока.
• Двигатель с однофазной обмоткой подключается с помощью вращающегося магнитного поля.
• Магнитное поле создается основной обмоткой и дополнительной пусковой обмоткой.
• Преимущество однофазного двигателя, заключается в  простоте конструкции (короткозамкнутый ротор), а недостаток это малый пусковой объем и низкое КПД.

Двигатели двухфазные

• Двухфазные двигатели имеют две рабочие обмотки, которые сдвинуты на 90 градусов.
• При подаче переменного тока они питаются по двум токам, и образуется вращающееся магнитное поле.
• В двухфазном асинхронном двигателе создается вращающийся момент в стержнях ротора электродвигателя.
• Ротор ускоряется до достижения конечной частоты вращения поля. В настоящее время чаще используется асинхронный двухфазный электродвигатель, имеющий полый ротор.
• Если двухфазный электродвигатель питать от однофазной сети, то сдвиг фаз может произойти путем подключения конденсатора, имеющего достаточную емкость.

Трехфазный двигатель

• Трехфазный двигатель предназначен для работы от трехфазной сети переменного тока.
• Это электродвигатель, статор которого состоит из трех обмоток. В этом случае магнитное поле сдвинуто на 120 градусов.
• Наибольшее распространение получил асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой  обмоткой ротора.

При необходимости приобретения однофазных, двухфазных двигателей обращайтесь в компании, которые сотрудничают с испытанными временем производителями. В нашей компании имеется широкий выбор электродвигателей разных моделей и марок.

Просмотров: 2993

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

Принцип работы и типы асинхронного двигателя

Или их можно разделить по типу ротора — (i) двигатель с короткозамкнутым ротором и (ii) двигатель с контактным кольцом или тип

Основной принцип работы асинхронного двигателя

• Переменный поток создается вокруг обмотки статора из-за подачи переменного тока. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью.Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
• Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает индуцированную ЭДС в проводниках ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Проводники ротора закорочены, и, следовательно, ток ротора возникает из-за наведенной ЭДС. Поэтому такие двигатели называются асинхронными двигателями . (Это действие аналогично тому, что происходит в трансформаторах, поэтому асинхронные двигатели могут называться вращающимися трансформаторами .)
• Теперь индуцированный ток в роторе также будет создавать вокруг него переменный поток. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Ленца, таково, что он будет иметь тенденцию противодействовать причине его возникновения.
• Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между магнитным потоком вращающегося статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора. Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и магнитный поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость.Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазный или трехфазный.

Синхронная скорость:

где, f = частота подачи

P = количество полюсов

Скольжение:

Ротор пытается догнать синхронную скорость поля статора, и, следовательно, он вращается. Но на практике ротор никогда не догоняет.Если ротор достигает скорости статора, не будет относительной скорости между потоком статора и ротором, следовательно, не будет индуцированного тока ротора и создания крутящего момента для поддержания вращения. Однако это не остановит двигатель, ротор замедлится из-за потери крутящего момента, крутящий момент снова будет действовать из-за относительной скорости. Вот почему ротор вращается со скоростью, которая всегда меньше синхронной скорости.

Принцип работы асинхронного двигателя

Двигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции , известен как асинхронный двигатель. Электромагнитная индукция — это явление, при котором электродвижущая сила индуцирует электрический проводник, когда он находится во вращающемся магнитном поле.

Статор и ротор — две важные части двигателя. Статор является неподвижной частью, и он несет перекрывающиеся обмотки, в то время как ротор несет основную обмотку или обмотку возбуждения.Обмотки статора равномерно смещены друг от друга на угол 120 °.

Асинхронный двигатель — это двигатель с одним возбуждением, то есть питание подается только на одну часть, то есть на статор . Термин возбуждение означает процесс создания магнитного поля на частях двигателя.

Когда на статор подается трехфазное питание, на нем создается вращающееся магнитное поле. На рисунке ниже показано вращающееся магнитное поле, созданное в статоре:

Учтите, что вращающееся магнитное поле индуцирует против часовой стрелки.Вращающееся магнитное поле имеет подвижные полярности. Полярность магнитного поля меняется в зависимости от положительного и отрицательного полупериода питания. Изменение полярности заставляет магнитное поле вращаться.

Проводники ротора неподвижны. Этот неподвижный проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора, и из-за электромагнитной индукции в роторе возникает ЭДС. Эта ЭДС известна как ЭДС, индуцированная ротором, и возникает из-за явления электромагнитной индукции.

Проводники ротора закорачиваются либо концевыми кольцами, либо с помощью внешнего сопротивления. Относительное движение между вращающимся магнитным полем и проводником ротора индуцирует ток в проводниках ротора. Когда ток течет по проводнику, на нем наводится магнитный поток. Направление потока ротора такое же, как и направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока: один из-за ротора, а другой из-за статора. Эти потоки взаимодействуют друг с другом.На одном конце проводника потоки нейтрализуют друг друга, а на другом конце плотность потока очень высока. Таким образом, поток высокой плотности пытается подтолкнуть проводник ротора к области потока низкой плотности. Это явление вызывает крутящий момент на проводнике, и этот крутящий момент известен как электромагнитный крутящий момент.

Направление электромагнитного момента и вращающегося магнитного поля одинаковы. Таким образом, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

Скорость ротора всегда меньше вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. Ротор пытается вращаться со скоростью ротора, но всегда ускользает. Таким образом, двигатель никогда не работает со скоростью вращающегося магнитного поля, и по этой причине асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель.

Почему ротор никогда не работает с синхронной скоростью?

Если скорость ротора равна синхронной скорости, относительного движения между вращающимся магнитным полем статора и проводниками ротора не происходит.Таким образом, на проводнике не наводится ЭДС, и на нем возникает нулевой ток. Без тока крутящий момент также не создается.

По вышеуказанным причинам ротор никогда не вращается с синхронной скоростью. Скорость ротора всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля.

В качестве альтернативы принцип работы асинхронного двигателя также можно объяснить следующим образом.

Давайте разберемся в этом, рассмотрев единственный проводник на неподвижном роторе.Этот проводник рассекает вращающееся магнитное поле статора. Учтите, что вращающееся магнитное поле вращается по часовой стрелке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике индуцируется ЭДС.

Когда цепь ротора замыкается внешним сопротивлением или концевым кольцом, ротор индуцирует ЭДС, которая вызывает ток в цепи. Направление индукционного тока ротора противоположно направлению вращающегося магнитного поля. Ток ротора индуцирует магнитный поток в роторе.Направление потока ротора такое же, как у тока.

Взаимодействие потоков ротора и статора создает силу, которая действует на проводники ротора. Сила действует на ротор по касательной и, следовательно, вызывает крутящий момент. Крутящий момент толкает проводники ротора, и, таким образом, ротор начинает двигаться в направлении вращающегося магнитного поля. Ротор начинает движение без какой-либо дополнительной системы возбуждения, и по этой причине двигатель называется самозапускающимся двигателем .

Работа двигателя зависит от напряжения, наведенного на ротор, поэтому он называется асинхронным двигателем .

Типы и удивительные применения асинхронного двигателя

 N  с  = 120 · f / P N  с  = синхронная скорость в об / мин f = частота подаваемой мощности, Гц P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2 

  Пример:  На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин 

 s = (N  с  - N) / N  с  где: N  с  = синхронная скорость, N = скорость ротора 

 f  r  = s · f где: s = скольжение, f = частота сети статора 

N  с  = 120f / P = 120 * 50/4 = 1500 об / мин (4-полюсный) N  с  = 3000 об / мин (2-полюсный)