Устройство электродвигателя переменного тока: Электродвигатель переменного тока | Техника и человек

Глоссарий двигателей переменного тока

Двигатель переменного тока — Электродвигатель, приводимый в действие переменным током, а не постоянным.

Переменный ток — Электрический заряд, который часто меняет направление (противоположно постоянному току, с зарядом только в одном направлении).

Центробежный переключатель — Электрический переключатель, который регулирует скорость вращения вала, работающий за счет центробежной силы, создаваемой самим валом.

Передаточное число — Передаточное число, при котором скорость двигателя уменьшается редуктором. Скорость на выходном валу равна 1 передаточному числу x скорость двигателя.

Инвертор — Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Реверс выпрямителя.

Асинхронный двигатель — Может упоминаться как асинхронный двигатель; тип двигателя переменного тока, в котором электромагнитная индукция питает ротор. Для создания крутящего момента требуется скольжение.

Скорость холостого хода — Обычно ниже синхронной скорости, это скорость, когда двигатель не несет нагрузки.

Номинальная скорость — Скорость двигателя при номинальной выходной мощности.Обычно самая востребованная скорость.

Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный в двигателе. Они могут использоваться в качестве компонента источника питания или могут обнаруживать радиосигналы. Обычно выпрямители могут состоять из твердотельных диодов, ртутных дуговых клапанов или других веществ. Реверс инвертора.

Выпрямление — Процесс преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя в двигателе переменного тока.

Асинхронный двигатель с разделенной фазой — Двигатели, которые могут создавать больший пусковой крутящий момент за счет использования центробежного переключателя в сочетании со специальной пусковой обмоткой.

Момент опрокидывания — Максимальный крутящий момент, с которым двигатель может работать, при определенном напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя.

Пусковой крутящий момент — крутящий момент, который мгновенно создается при запуске двигателя. Двигатель не будет работать, если нагрузка трения превышает крутящий момент.

Статический момент трения — Когда двигатель останавливается, например, тормозом, это выходной крутящий момент, необходимый для удержания нагрузки при остановке двигателя.

Синхронный двигатель — В отличие от асинхронного двигателя, он может создавать крутящий момент с синхронной скоростью без скольжения.

Синхронная скорость — Обозначается скоростью в минуту, это внутренний фактор, определяемый количеством полюсов и частотой сети.

Привод с регулируемой скоростью — Оборудование, используемое для управления частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель переменного тока, с целью управления его скоростью вращения.

Блок-схема для систем, в которых используется двигатель переменного тока

Срок службы двигателя переменного тока

Anaheim Automation обычно имеют срок службы около 10 000 часов работы, если двигатели работают в надлежащих условиях и в соответствии со спецификациями.

Требуемое обслуживание двигателя переменного тока

Профилактическое обслуживание — ключ к долговечной системе электродвигателя переменного тока.Следует проводить плановую проверку. Всегда проверяйте двигатель переменного тока на предмет загрязнения и коррозии. Грязь и мусор могут закупорить воздушные каналы и уменьшить поток воздуха, что в конечном итоге приведет к сокращению срока службы изоляции и возможному отказу двигателя. Если мусор не виден явно, убедитесь, что поток воздуха постоянный и не слабый. Это также может указывать на засорение. Во влажной, влажной или влажной среде проверьте клеммы в распределительной коробке на предмет коррозии и при необходимости отремонтируйте.

Прислушайтесь к чрезмерному шуму или вибрации и почувствуйте чрезмерное тепло.Это может указывать на необходимость смазки подшипников. Примечание: Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к грязи и маслам, забивающим воздушный поток. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.

Примечание. Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к загрязнению и засорению потока масла маслом. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы.

Электропроводка двигателя переменного тока

Следующая информация предназначена в качестве общего руководства для электромонтажа линейки двигателей переменного тока Anaheim Automation. Имейте в виду, что при прокладке силовой и сигнальной проводки на машине или системе излучаемый шум от ближайших реле, трансформаторов и других электронных устройств может индуцироваться в двигателе переменного тока и сигналах энкодера, каналах ввода / вывода и других чувствительных низковольтных устройствах. сигналы. Это может вызвать сбои в системе.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть. Соблюдайте особую осторожность при обращении, подключении, тестировании и регулировке во время установки, настройки, настройки и эксплуатации. Не делайте чрезмерных корректировок или изменений в параметрах системы двигателя переменного тока, которые могут вызвать механическую вибрацию и привести к поломке и / или потерям. После того, как система электродвигателя переменного тока подключена, не запускайте ее путем прямого включения / выключения источника питания. Частое включение / выключение питания приведет к быстрому старению компонентов системы, что сократит срок службы системы электродвигателя переменного тока.

Строго соблюдать следующие правила:

• Следуйте схеме подключения к каждому двигателю переменного тока и / или контроллеру.
• Прокладывайте силовые кабели высокого напряжения отдельно от силовых кабелей низкого напряжения.
• Отделите входную силовую проводку и силовые кабели двигателя переменного тока от проводки управления и кабелей обратной связи двигателя. Сохраняйте это разделение на всем протяжении провода.
• Используйте экранированный кабель для силовой проводки и обеспечьте заземленное зажимное соединение на 360 градусов к стене корпуса.Оставьте на вспомогательной панели место для изгибов проводов.
• Сделайте все кабельные трассы как можно короче.
• Обеспечьте достаточный воздушный поток
• Сохраняйте окружающую среду как можно более чистой

ПРИМЕЧАНИЕ: Кабели заводского изготовления рекомендуются для использования в наших системах двигателей переменного тока. Эти кабели приобретаются отдельно и предназначены для минимизации электромагнитных помех. Эти кабели рекомендуется использовать вместо кабелей, изготовленных заказчиком, чтобы оптимизировать работу системы и обеспечить дополнительную безопасность для системы электродвигателя переменного тока, а также для пользователя.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Во избежание поражения электрическим током выполните все монтажные и электромонтажные работы двигателя переменного тока перед подачей питания. После подачи питания на соединительные клеммы может присутствовать напряжение.

Монтаж двигателя переменного тока

Следующая информация предназначена в качестве общего руководства по установке и монтажу системы электродвигателя переменного тока. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть.Соблюдайте особую осторожность при обращении, тестировании и регулировке во время установки, настройки и эксплуатации. При установке и монтаже очень важно учитывать проводку двигателя переменного тока. Субпанели, устанавливаемые внутри корпуса для монтажа компонентов системы, должны иметь плоскую жесткую поверхность, защищенную от ударов, вибрации, влаги, масла, паров или пыли. Помните, что двигатель переменного тока выделяет тепло во время работы; поэтому при проектировании компоновки системы следует учитывать рассеивание тепла.Размер корпуса не должен превышать максимально допустимую температуру окружающей среды. Рекомендуется устанавливать двигатель переменного тока в положение, обеспечивающее достаточный воздушный поток. Электродвигатель переменного тока должен быть устойчиво закреплен и надежно закреплен.

ПРИМЕЧАНИЕ: Между электродвигателем переменного тока и любыми другими устройствами, установленными в системе / электрической панели или шкафу, должно быть не менее 10 мм.

Чтобы соответствовать требованиям UL и CE, система электродвигателя переменного тока должна быть заземлена в заземленном проводящем корпусе, обеспечивающем защиту, как определено в стандарте EN 60529 (IEC 529) до IP55, таким образом, чтобы они были недоступны для оператора или неквалифицированного человека. .Как и любую движущуюся часть системы, двигатель переменного тока следует держать вне досягаемости оператора. Корпус NEMA 4X превосходит эти требования, обеспечивая степень защиты IP66. Чтобы улучшить соединение между шиной питания и дополнительной панелью, сконструируйте дополнительную панель из оцинкованной (не содержащей краски) стали. Кроме того, настоятельно рекомендуется защитить систему электродвигателя переменного тока от электрических помех. Шум от сигнальных проводов может вызвать механическую вибрацию и неисправности.

Экологические аспекты двигателя переменного тока

Следующие меры по охране окружающей среды и безопасности должны соблюдаться на всех этапах эксплуатации, обслуживания и ремонта системы электродвигателя переменного тока.Несоблюдение этих мер предосторожности нарушает стандарты безопасности при проектировании, производстве и предполагаемом использовании двигателя переменного тока. Обратите внимание, что даже правильно построенная система электродвигателя переменного тока, неправильно установленная и эксплуатируемая, может быть опасной. Пользователь должен соблюдать меры предосторожности в отношении нагрузки и условий эксплуатации. В конечном итоге заказчик несет ответственность за правильный выбор, установку и работу двигателя переменного тока и / или регулятора скорости.

Атмосфера, в которой используется двигатель переменного тока, должна способствовать соблюдению общих правил работы с электрическим / электронным оборудованием.Не эксплуатируйте систему электродвигателя переменного тока в присутствии легковоспламеняющихся газов, пыли, масла, пара или влаги. При использовании вне помещений двигатель переменного тока должен быть защищен от атмосферных воздействий соответствующей крышкой, обеспечивая при этом достаточный поток воздуха и охлаждение. Влага может вызвать опасность поражения электрическим током и / или вызвать поломку системы. Следует уделять должное внимание недопущению попадания любых жидкостей и паров. Свяжитесь с заводом-изготовителем, если ваше приложение требует определенных IP-адресов. Разумно устанавливать двигатель переменного тока в среде, свободной от конденсации, электрических шумов, вибрации и ударов.

Кроме того, предпочтительно работать с системой электродвигателя переменного тока в нестатической защитной среде. Открытые цепи всегда должны быть надлежащим образом ограждены и / или закрыты для предотвращения несанкционированного контакта человека с цепями под напряжением. Никакие работы не должны выполняться при включенном питании.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ включать и отключать питание при включенном питании. После выключения питания подождите не менее 5 минут, прежде чем проводить инспекционные работы в системе двигателя переменного тока, потому что даже после отключения питания в конденсаторах внутренней цепи системы двигателя переменного тока остается некоторое количество электроэнергии.
Спланируйте установку двигателя переменного тока в конструкции системы, свободной от мусора, такого как металлический мусор от резки, сверления, нарезания резьбы и сварки, или любого другого постороннего материала, который может контактировать с схемами системы. Если не предотвратить попадание мусора в систему двигателя переменного тока, это может привести к повреждению и / или поражению электрическим током.

История электродвигателя переменного тока

Изобретение двигателя переменного тока Асинхронные двигатели переменного тока
используются в отрасли уже более 20 лет.Идея двигателя переменного тока возникла у Николы Теслы в 1880-х годах. Никола Тесла заявил, что двигателям не нужны щетки для переключения ротора. Он сказал, что они могут быть вызваны вращающимся магнитным полем. Никола Тесла обнаружил использование переменного тока, который индуцирует вращающиеся магнитные поля. Тесла подал патент США номер 416194 на работу над двигателем переменного тока. Этот тип двигателя сегодня мы называем асинхронным двигателем переменного тока.

Эволюция двигателя переменного тока
Двигатель переменного тока сделал себе имя благодаря простой конструкции, простоте использования, прочной конструкции и рентабельности для множества различных применений.Достижения в области технологий позволили производителям развить идею Telsa и обеспечили большую гибкость в регулировании скорости асинхронного двигателя переменного тока. От простого фазового управления до более надежных систем с обратной связью, использующих векторно-ориентированное управление полем; Двигатель переменного тока усовершенствовался за последние сто двадцать лет.

Принадлежности для двигателей переменного тока

Для двигателей переменного тока существует широкий выбор принадлежностей. Доступные аксессуары включают тормоз, сцепление, вентилятор, разъем и кабели. Дополнительные сведения и варианты см. На странице «Аксессуары» Anaheim Automation.

Тормоза двигателя переменного тока представляют собой систему 24 В постоянного тока. Эти тормоза идеально подходят для любых удерживающих устройств, которые вы можете использовать с электродвигателем переменного тока. Тормоза электродвигателя переменного тока имеют низковольтную конструкцию для приложений, которые подвержены разряду батареи, потере напряжения или длинной проводке.

Муфта двигателя переменного тока используется для управления крутящим моментом, прилагаемым к нагрузке. Муфту двигателя переменного тока также можно использовать для увеличения скорости нагрузки с высоким моментом инерции.Муфты идеально подходят для использования с электродвигателем переменного тока, когда вы хотите точно контролировать крутящий момент или медленно прикладывать мощность. Муфты двигателя переменного тока также помогают предотвратить сильные скачки тока.

Вентиляторы двигателя переменного тока используются для охлаждения двигателей. Обычно они не встречаются в небольших двигателях, потому что они не нужны, но чаще встречаются с более крупными асинхронными двигателями переменного тока из-за тепловыделения. Есть два типа вентиляторов, которые используются для двигателя переменного тока. Типы бывают внутренние и внешние вентиляторы. Вентиляторы электродвигателей переменного тока идеально подходят для использования, когда возникает проблема перегрева.

Кабели двигателя переменного тока могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с поставляемым разъемом двигателя переменного тока в соответствии с заданными спецификациями. Кабели также можно приобрести в компании Anaheim Automation.

Если двигатели переменного тока не идеальны для вашего применения, вы можете рассмотреть бесщеточные двигатели постоянного тока, щеточные двигатели постоянного тока, сервоприводы или шаговые двигатели и их совместимые драйверы / контроллеры. Наряду с двигателями переменного тока Anaheim Automation предлагает коробки передач и регуляторы скорости. Дополнительные продукты Anaheim Automation предлагает: энкодеры, HMI, муфты, кабели и соединители, линейные направляющие.

Настройка двигателя переменного тока

Anaheim Automation была основана в 1966 году как производитель систем управления перемещением «под ключ». Его акцент на исследованиях и разработках обеспечил постоянное внедрение передовых продуктов управления движением, таких как линейка продуктов AC Motor. Сегодня Anaheim Automation занимает высокое место среди ведущих производителей и дистрибьюторов продукции для управления движением, и это положение усиливается ее отличной репутацией в области качественной продукции по конкурентоспособным ценам.Линия продуктов AC Motor не является исключением из целей компании.

Anaheim Automation предлагает широкий выбор стандартных двигателей переменного тока. Иногда OEM-заказчики со средним и большим количеством требований предпочитают иметь двигатель переменного тока, который настраивается или модифицируется в соответствии с их точными проектными требованиями. Иногда настройка настолько проста, как модификация вала, тормоз, масляное уплотнение для степени защиты IP65, установочные размеры, цвета проводов или этикетка. В других случаях заказчик может потребовать, чтобы двигатель переменного тока соответствовал идеальным характеристикам, таким как скорость, крутящий момент и / или напряжение.Для получения более подробной информации обсудите требования к вашему приложению с инженером по автоматизации в Анахайме.

Электродвигатель переменного тока Anaheim Automation

ценят то, что линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation может удовлетворить их стремление к творчеству, гибкости и эффективности системы. Покупатели ценят простоту «универсального магазина» и экономию затрат благодаря индивидуальной конструкции электродвигателя переменного тока, в то время как инженеры довольны тем, что Anaheim Automation уделяет особое внимание их конкретным системным требованиям.

Стандартная линейка двигателей переменного тока Anaheim Automation представляет собой экономичное решение, поскольку они известны своей прочной конструкцией и отличными характеристиками. Значительный рост продаж компании явился результатом целенаправленного проектирования, дружелюбного обслуживания клиентов и профессиональной поддержки приложений, что часто превосходит ожидания клиентов в отношении выполнения их индивидуальных требований. Хотя значительная часть продаж двигателей переменного тока Anaheim Automation связана с особыми, индивидуальными требованиями или требованиями частной маркировки, компания гордится своей стандартной базой на складе, расположенной в Анахайме, Калифорния, США.Чтобы сделать индивидуальную настройку двигателя переменного тока доступной, требуется минимальное количество и / или плата за непериодическое проектирование (NRE). Свяжитесь с заводом-изготовителем для получения подробной информации, если вам потребуется специальный двигатель переменного тока в конструкции вашей системы управления движением.

Все продажи индивидуализированного или модифицированного двигателя переменного тока не подлежат отмене и возврату, и для каждого запроса клиент должен подписывать соглашение NCNR. Все продажи, включая индивидуальный двигатель переменного тока, осуществляются в соответствии со стандартными положениями и условиями Anaheim Automation и заменяют любые другие явно выраженные или подразумеваемые условия, включая, помимо прочего, любые подразумеваемые гарантии.

Anaheim Automation заказывает линейку продуктов AC Motor разнообразно: компании, эксплуатирующие или проектирующие автоматизированное оборудование или процессы, которые включают в себя пищевую, косметическую или медицинскую упаковку, маркировку или требования защиты от несанкционированного вскрытия, сборку, конвейер, погрузочно-разгрузочные работы, робототехнику, специальную съемку и т. Д. проекционные эффекты, медицинская диагностика, устройства контроля и безопасности, управление потоком насосов, изготовление металла (станки с ЧПУ) и модернизация оборудования. Многие OEM-заказчики просят, чтобы мы использовали двигатели переменного тока «частной торговой марки», чтобы их клиенты оставались верными им при обслуживании, замене и ремонте.

Тест двигателя переменного тока

В: Какие три основных типа электродвигателей переменного тока предлагает Anaheim Automation?
A: Индукционные, синхронные и промышленные

Q: Каковы компоненты частотно-регулируемого привода?
A: Частотно-регулируемый привод включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.

В: Какой двигатель обычно используется в частотно-регулируемом приводе?
A: Трехфазный асинхронный двигатель

В: Каковы основные компоненты двигателя переменного тока?
A: Стационарный статор, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутренний ротор, прикрепленный к выходному валу.

В: Почему необходимо подключать конденсатор к асинхронному двигателю переменного тока?
A: Любой двигатель ACP-M, считающийся однофазным асинхронным двигателем, является двигателем с конденсаторным приводом. Следовательно, для его работы необходимо создать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы создают источник питания с фазовым сдвигом, который необходим для создания необходимого вращательного магнитного поля. С другой стороны, трехфазные двигатели всегда подают питание с разными фазами, поэтому им не нужны конденсаторы.

В: Что подразумевается под реверсивным двигателем, рассчитанным на 30 минут?
A: Двигатель рассчитан на оптимальную работу не более 30 минут. Если работать постоянно, двигатель перегорит.

Часто задаваемые вопросы по двигателям переменного тока:

В: Почему следует выбрать трехфазный двигатель вместо однофазного?
A: Однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10 л.с. (7,5 кВт) обычно не так распространены. Трехфазные двигатели менее вибрируют, что продлевает срок их службы по сравнению с однофазными двигателями той же мощности, используемыми в тех же условиях.

В: В чем разница между частотно-регулируемым приводом и частотно-регулируемым приводом?
A: Приводы с переменной частотой (VFD) обычно относятся только к приводам переменного тока, в то время как приводы с регулируемой скоростью (VSD) могут относиться либо к приводу переменного тока, либо к приводу постоянного тока. VFD управляет скоростью двигателя переменного тока, изменяя частоту двигателя. С другой стороны, преобразователи частоты изменяют напряжение для управления двигателем постоянного тока.

В: Могу ли я изменить направление вращения асинхронного двигателя переменного тока, если я подключил его, как показано в каталоге, например, ACP-M-4IK25N-AU?
A: Да, можно.Однако перед переключением направления убедитесь, что двигатель полностью остановлен. Если необходимо немедленное реверсирование, реверсивный двигатель лучше подходит для данной области применения; например ACP-M-4RK25N-AU.

В: Можно ли изменить скорость асинхронных двигателей переменного тока и реверсивных двигателей?
A: Частота источника питания определяет скорость однофазных (переменного тока) асинхронных и реверсивных двигателей. Если ваше приложение требует изменения скорости, рекомендуется использовать двигатель с регулировкой скорости.

В: Будет ли временное хранение моего асинхронного двигателя переменного тока при температуре от 0 ° F до -20 ° F создавать какие-либо проблемы?
A: Резкие перепады температуры могут привести к конденсации влаги внутри двигателя. В этом случае компоненты могут заржаветь, что значительно сократит срок службы. Постарайтесь избежать образования конденсата.

В: Это плохо, если мой асинхронный двигатель переменного тока сильно нагревается?
A: При преобразовании электрической энергии во вращательное движение внутри двигателя выделяется тепло, что делает его горячим.Температура двигателя переменного тока равна повышению температуры, вызванному потерями в двигателе, плюс температура окружающей среды. Если температура окружающей среды составляет 85 ° F, а внутренние потери в двигателе составляют 90 ° F (32 ° C), поверхность двигателя будет 175 ° F (79 ° C). Это не типично для маленького мотора.

В: Почему некоторые редукторы электродвигателя переменного тока выводят выходной сигнал противоположно двигателю, а другие — в том же направлении?
A: Редукторы снижают скорость двигателя от 1/3 до 1/180 (для асинхронных двигателей переменного тока.) Это снижение скорости является результатом использования нескольких передач; количество передач в зависимости от величины снижения скорости. Однако вращение последней шестерни определяет направление выходного вала.

В: Повлияют ли на асинхронный двигатель переменного тока сильные колебания напряжения источника питания?
A: Напряжение источника питания влияет на крутящий момент, создаваемый двигателем. Крутящий момент примерно в два раза больше напряжения источника питания. Таким образом, при использовании двигателей с большими колебаниями напряжения питания важно помнить, что создаваемый крутящий момент будет изменяться.

| Конструкция машины

Синхронные двигатели и синхронные двигатели — это две основные категории двигателей переменного тока. Асинхронный двигатель является распространенной формой асинхронного двигателя и в основном представляет собой трансформатор переменного тока с вращающейся вторичной обмоткой. Первичная обмотка (статор) подключена к источнику питания, а закороченная вторичная (ротор) несет наведенный вторичный ток. Крутящий момент создается действием токов ротора (вторичных) на поток воздушного зазора. Синхронный двигатель сильно отличается по конструкции и эксплуатационным характеристикам и считается отдельным классом двигателей.

Асинхронные двигатели: Асинхронные двигатели — это самый простой и надежный электродвигатель, состоящий из двух основных электрических узлов: статора с обмоткой и узла ротора. Асинхронный двигатель получил свое название от токов, протекающих во вторичном элементе (роторе), которые индуцируются переменными токами, протекающими в первичном элементе (статоре). Комбинированное электромагнитное воздействие токов статора и ротора создает силу, вызывающую вращение.

Роторы обычно состоят из многослойного цилиндрического железного сердечника с прорезями для размещения проводников.Самый распространенный тип ротора имеет литые алюминиевые жилы и замыкающие концевые кольца. Эта «беличья клетка» вращается, когда движущееся магнитное поле индуцирует ток в закороченных проводниках. Скорость вращения магнитного поля является синхронной скоростью двигателя и определяется количеством полюсов статора и частотой источника питания: n _s = 120 f / p , где n _s = синхронная скорость, f = частота и p = количество полюсов.

Синхронная скорость — это абсолютный верхний предел скорости двигателя. Если ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то проводники ротора не перерезают силовые линии и крутящий момент равен нулю. Во время работы ротор всегда вращается медленнее, чем магнитное поле. Скорость ротора достаточно мала, чтобы обеспечить протекание надлежащего количества тока ротора, так что результирующий крутящий момент будет достаточным для преодоления потерь на ветер и трение и управления нагрузкой. Разница скоростей между ротором и магнитным полем, называемая скольжением, обычно выражается в процентах от синхронной скорости: с = 100 ( n _s — n _a ) / n _s , где с = скольжение, n _с = синхронная скорость и n _a = фактическая скорость.

Многофазные двигатели: Многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором — это в основном машины с постоянной скоростью, но некоторая степень гибкости в рабочих характеристиках является результатом изменения конструкции паза ротора. Эти изменения вызывают изменения крутящего момента, тока и скорости при полной нагрузке. Эволюция и стандартизация привели к появлению четырех основных типов двигателей.

Конструкции A и B: Двигатели общего назначения с нормальным пусковым моментом и током и малым скольжением.Многофазные двигатели с дробной мощностью обычно имеют конструкцию B. Из-за падающих характеристик конструкции B многофазный двигатель, который производит такой же пробойный (максимальный) крутящий момент, что и однофазный двигатель, не может достичь той же точки скорости-момента для скорости полной нагрузки. как однофазный двигатель. Следовательно, момент пробоя должен быть выше (минимум 140% момента пробоя однофазного двигателя общего назначения), чтобы скорости при полной нагрузке были сопоставимы.

Конструкция C: Высокий пусковой момент при нормальном пусковом токе и малом скольжении.Эта конструкция обычно используется там, где отрывные нагрузки высоки при пуске, но которые обычно работают при номинальной полной нагрузке и не подвергаются высоким требованиям к перегрузке после достижения рабочей скорости.

Конструкция D: Высокое скольжение, очень высокий пусковой момент, низкий пусковой ток и низкая скорость при полной нагрузке. Из-за высокого проскальзывания скорость может упасть при столкновении с колеблющимися нагрузками. Эта конструкция подразделяется на несколько групп, которые различаются в зависимости от скольжения или формы кривой скорость-крутящий момент.

Конструкция F: Низкий пусковой момент, низкий пусковой ток и малое скольжение. Эта конструкция предназначена для получения низкого тока заторможенного ротора. Как заторможенный ротор, так и момент пробоя низкие. Обычно используется при низком пусковом моменте и при отсутствии высоких перегрузок после достижения рабочей скорости.

Двигатели с фазным ротором: Двигатели с короткозамкнутым ротором относительно негибки в отношении характеристик скорости и крутящего момента, но специальная версия с фазным ротором имеет регулируемые скорость и крутящий момент.Применение двигателей с фазным ротором заметно отличается от двигателей с короткозамкнутым ротором из-за доступности цепи ротора. Рабочие характеристики получены путем введения различных значений сопротивления в цепь ротора.

Двигатели с фазным ротором обычно запускаются с вторичным сопротивлением в цепи ротора. Сопротивление последовательно снижается, чтобы двигатель разгонялся. Таким образом, двигатель может развивать значительный крутящий момент при ограничении тока заторможенного ротора.Это вторичное сопротивление может быть рассчитано на непрерывную работу для рассеивания тепла, выделяемого при непрерывной работе на пониженной скорости, частом ускорении или ускорении с большой инерционной нагрузкой. Внешнее сопротивление придает двигателю такую ​​характеристику, которая приводит к значительному падению оборотов при довольно небольшом изменении нагрузки. Обеспечивается пониженная скорость примерно до 50% от номинальной скорости, но эффективность низкая.

Многоскоростные двигатели: Двигатели с последовательными полюсами рассчитаны на одну скорость.Путем физического повторного соединения проводов можно получить передаточное число 2: 1. Типичные синхронные скорости для двигателя 60 Гц: 3600/1800 об / мин (2/4 полюса), 1800/900 об / мин (4/8 полюса) и 1200/600 об / мин (6/12 полюсов).

Двухобмоточные двигатели имеют две отдельные обмотки, которые можно намотать на любое количество полюсов, чтобы можно было получить другие соотношения скоростей. Однако соотношение больше 4: 1 нецелесообразно из-за размера и веса двигателя. Однофазные многоскоростные двигатели обычно имеют конструкцию с регулируемым крутящим моментом, но доступны двигатели с постоянным крутящим моментом и постоянной мощностью.

Выходная мощность многоскоростных двигателей может быть пропорциональна каждой скорости. Эти двигатели разработаны с выходной мощностью в лошадиных силах в соответствии с одной из следующих нагрузочных характеристик.

Переменный крутящий момент: Двигатели имеют характеристику крутящего момента, которая изменяется пропорционально квадрату скорости. Например, двигатель со скоростью 1800/900 об / мин, который развивает 10 л.с. при 1800 об / мин, выдает 2,5 л.с. при 900 об / мин. Поскольку для некоторых нагрузок, таких как центробежные насосы, вентиляторы и воздуходувки, требуется крутящий момент, который изменяется пропорционально квадрату или кубу скорости, эта характеристика двигателя обычно является адекватной.

Постоянный крутящий момент: Эти двигатели могут развивать одинаковый крутящий момент на каждой скорости, поэтому выходная мощность напрямую зависит от скорости. Например, двигатель мощностью 10 л.с. при 1800 об / мин выдает 5 л.с. при 900 об / мин. Эти двигатели используются в приложениях с требованиями к постоянному крутящему моменту, таких как смесители, конвейеры и компрессоры.

Постоянная мощность: Эти двигатели развивают одинаковую мощность на каждой скорости, а крутящий момент обратно пропорционален скорости.Типичные области применения включают станки, такие как дрели, токарные и фрезерные станки.

Однофазные двигатели: Однофазные асинхронные двигатели обычно имеют дробную мощность, хотя однофазные интегральные двигатели доступны в более низком диапазоне мощности. Наиболее распространенными однофазными двигателями с дробной мощностью являются электродвигатели с разделенной фазой, с конденсаторным пуском, с постоянным разделенным конденсатором и с экранированным полюсом.

Двигатели бывают многоскоростные, но есть практический предел количества получаемых скоростей.Доступны двух-, трех- и четырехскоростные двигатели, и выбор скорости может осуществляться последовательно-полюсными или двухобмоточными методами.

Однофазные двигатели вращаются в том направлении, в котором они были запущены; и они запускаются в заданном направлении в соответствии с электрическими соединениями или механической настройкой пусковых средств. Двигатели общего назначения могут работать в любом направлении, но стандартное вращение — против часовой стрелки, если смотреть на конец, противоположный приводному валу.Двигатели можно повторно подключить, чтобы изменить направление вращения.

Универсальные двигатели: Универсальный двигатель работает с почти эквивалентной производительностью на постоянном или переменном токе с частотой до 60 Гц. Он отличается от двигателя постоянного тока из-за передаточных чисел намотки и более тонких металлических пластин. Двигатель серии постоянного тока работает от переменного тока, но с низким КПД. Универсальный двигатель может работать от постоянного тока с практически эквивалентными характеристиками переменного тока, но с меньшими коммутационными характеристиками и меньшим сроком службы щеток, чем у эквивалентного двигателя постоянного тока.

Важной характеристикой универсального двигателя является то, что он имеет самое высокое соотношение мощности на фунт среди всех двигателей переменного тока, поскольку он может работать на скоростях, во много раз превышающих скорость любого другого двигателя с частотой 60 Гц.

При работе без нагрузки универсальный двигатель имеет тенденцию к разбегу, а скорость ограничивается только парусностью, трением и коммутацией. Поэтому большие универсальные двигатели почти всегда подключаются напрямую к нагрузке для ограничения скорости. На портативных инструментах, таких как электрические пилы, нагрузка на шестерни, подшипники и охлаждающий вентилятор достаточна для поддержания скорости холостого хода на безопасном уровне.

С универсальным двигателем регулирование скорости является простым, поскольку скорость двигателя чувствительна к изменениям как напряжения, так и магнитного потока. С помощью реостата или регулируемого автотрансформатора скорость двигателя можно легко изменять от максимальной до нуля.

Синхронные двигатели: Синхронные двигатели по своей природе являются двигателями с постоянной скоростью и работают в абсолютном синхронизме с частотой сети. Как и в случае асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, скорость определяется количеством пар полюсов и всегда является отношением к частоте сети.

Типоразмеры синхронных двигателей варьируются от субфракционных двигателей с самовозбуждением до двигателей большой мощности с возбуждением от постоянного тока для промышленных приводов. В диапазоне дробных лошадиных сил синхронные двигатели используются в основном там, где требуется точная постоянная скорость.

Синхронные двигатели большой мощности, применяемые в промышленных нагрузках, выполняют две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в механическую.Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности, тем самым обеспечивая коррекцию коэффициента мощности.

Существует два основных типа синхронных двигателей: без возбуждения и с возбуждением от постоянного тока.

Двигатели без возбуждения имеют реактивное и гистерезисное исполнение. Эти двигатели используют схему самозапуска и не требуют внешнего источника возбуждения.

Двигатели с возбуждением от постоянного тока имеют мощность более 1 л.с. и требуют постоянного тока, подаваемого через контактные кольца для возбуждения.Постоянный ток может подаваться от отдельного источника или от генератора постоянного тока, непосредственно подключенного к валу двигателя.

Однофазные или многофазные синхронные двигатели не могут запускаться без привода или без подключения ротора по схеме самозапуска. Поскольку поле вращается с синхронной скоростью, двигатель должен быть ускорен, прежде чем он сможет синхронизироваться. Ускорение с нулевой скорости требует проскальзывания до достижения синхронизма. Следовательно, необходимо использовать отдельные средства запуска.

В конструкциях с автоматическим запуском для типоразмеров мощности используются методы пуска, общие для асинхронных двигателей (расщепленная фаза, конденсаторный пуск, отталкивающий пуск и затененные полюса). Электрические характеристики этих двигателей заставляют их автоматически переключаться на синхронный режим.

Хотя двигатель с возбуждением от постоянного тока имеет короткозамкнутый ротор для запуска, называемый амортизатором или демпферной обмоткой, присущий ему низкий пусковой момент и потребность в источнике питания постоянного тока требует системы запуска, которая обеспечивает полную защиту двигателя при запуске, применяется постоянный ток. возбуждение поля в нужное время, устраняет возбуждение поля при оттягивании ротора (максимальный крутящий момент) и защищает обмотку с короткозамкнутым ротором от теплового повреждения в условиях сбоя.

Крутящий момент — это минимальный крутящий момент, развиваемый от состояния покоя до точки втягивания. Этот крутящий момент должен превышать крутящий момент нагрузки с достаточным запасом, чтобы удовлетворительная скорость ускорения поддерживалась при нормальных условиях напряжения.

Момент сопротивления возникает из-за выступа (предпочтительного направления намагничивания) полюсных наконечников ротора и пульсирует на скоростях ниже синхронной. Это также влияет на крутящие моменты втягивания и извлечения двигателя, поскольку невозбужденный ротор с явным полюсом имеет тенденцию выравниваться с магнитным полем статора для поддержания минимального магнитного сопротивления.Этого реактивного крутящего момента может быть достаточно, чтобы синхронизировать слегка нагруженную малоинерционную систему и развить примерно 30% крутящего момента отрыва.

Синхронный крутящий момент — это крутящий момент, развиваемый после приложения возбуждения, и представляет собой общий установившийся крутящий момент, доступный для привода нагрузки. Он достигает максимума при отставании ротора от магнитного поля вращающегося статора примерно на 70 °. Это максимальное значение фактически является крутящим моментом отрыва.

Момент отрыва — это максимальный устойчивый крутящий момент, который двигатель развивает при синхронной скорости в течение одной минуты с номинальной частотой и нормальным возбуждением.Нормальный момент отрыва обычно составляет 150% крутящего момента при полной нагрузке для двигателей с единичным коэффициентом мощности и от 175 до 200% для двигателей с опережающим коэффициентом мощности 0,8.

Втягивающий момент синхронного двигателя — это крутящий момент, который он развивает, когда подключенная инерционная нагрузка синхронизируется при приложении возбуждения. Вращающий момент создается при переходе от скорости скольжения к синхронной скорости, когда двигатель переключается с асинхронного режима на синхронный. Обычно это наиболее критический период при запуске синхронного двигателя.Крутящие моменты, развиваемые амортизатором и обмотками возбуждения, становятся нулевыми при синхронной скорости. Таким образом, в точке втягивания эффективны только реактивный момент и синхронизирующий момент, обеспечиваемый возбуждением обмоток возбуждения.

Двигатели для синхронизации: Двигатели для синхронизации имеют мощность менее 1/10 л.с. и используются в качестве первичных двигателей для устройств синхронизации. Поскольку двигатель используется в качестве таймера, он должен работать с постоянной скоростью.

Двигатели переменного и постоянного тока могут использоваться в качестве синхронизирующих двигателей.Двигатели с синхронизацией постоянного тока используются для портативных приложений или там, где требуются высокое ускорение и низкие изменения скорости. Преимущества включают в себя пусковой момент, превышающий десятикратный рабочий крутящий момент, эффективность от 50 до 70% и относительно простое управление скоростью. Но требуется регулятор скорости, механический или электронный.

Двигатели переменного тока используют доступную мощность, дешевле, имеют более длительный срок службы и не создают радиопомех. Однако двигатели переменного тока не могут быть легко адаптированы для портативных приложений, имеют относительно низкие пусковые моменты и намного менее эффективны, чем двигатели постоянного тока.

Серводвигатели переменного тока: Серводвигатели переменного тока используются в сервомеханизмах переменного тока и компьютерах, которые требуют быстрого и точного отклика. Для достижения этих характеристик серводвигатели имеют роторы малого диаметра с высоким сопротивлением. Малый диаметр обеспечивает низкую инерцию для быстрого пуска, останова и реверса, в то время как высокое сопротивление обеспечивает почти линейную зависимость скорости от крутящего момента для точного управления.

Серводвигатели имеют двухфазную намотку, физически расположенную под прямым углом или в пространственной квадратуре.Фиксированная или опорная обмотка возбуждается от источника постоянного напряжения, в то время как обмотка управления возбуждается регулируемым или переменным управляющим напряжением, обычно от сервоусилителя. Обмотки обычно проектируются с одинаковым соотношением напряжения и витков, так что потребляемая мощность при максимальном возбуждении с фиксированной фазой и при максимальном сигнале фазы управления находятся в равновесии.

В идеальном серводвигателе крутящий момент на любой скорости прямо пропорционален напряжению обмотки управления. Однако на практике эта взаимосвязь существует только при нулевой скорости из-за присущей асинхронному двигателю неспособности реагировать на изменения входного напряжения в условиях небольшой нагрузки.

Собственное демпфирование серводвигателей уменьшается с увеличением номинальных значений, и двигатели имеют разумный КПД за счет линейности скорости-момента. Большинство более крупных двигателей имеют встроенные вспомогательные воздуходувки для поддержания температуры в безопасных рабочих диапазонах. Серводвигатели доступны с номинальной мощностью от менее 1 до 750 Вт и размерами от 0,5 до 7 дюймов. OD. Большинство конструкций доступны с модульными или встроенными редукторами.

Двигатели переменного тока | Однофазный | 3-фазный | Миннеаполис, Миннесота

ISC Компании и дочерняя компания Adams-ISC являются дистрибьюторами деталей механической передачи энергии, включая двигатели переменного тока.Для получения дополнительной информации о брендах, которые мы предлагаем, и / или ценах, свяжитесь с нами по телефону 763-559-0033, по электронной почте [email protected] или заполнив нашу онлайн-форму для связи.

Переменный ток (AC) — это то, что энергетические компании передают по электрическим проводам. Переменный ток движется в обоих направлениях и используется для того, чтобы трансформаторы могли повышать и понижать напряжение. Электрогенераторы производят электричество низкого напряжения, а трансформаторы используются для повышения напряжения при передаче на большие расстояния.

Электропитание в розетках в домах составляет 115 В или 230 В однофазный . Однофазный означает, что на двигатель подается только одна форма напряжения. Трехфазный , 230 В, 460 В, 575 В или выше, имеет три провода, которые подают сигналы напряжения, каждый из которых подает электричество в разное время. Трехфазный более эффективен и экономичен и предусмотрен на промышленных площадках для тяжелонагруженного оборудования с трехфазными двигателями.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Двигатель переменного тока состоит из двух основных частей: ротора и статора.Статор является внешней оболочкой и остается неподвижным. Он имеет обмотки, которые преобразуют поступающее электричество в магнитное поле. Это заставляет ротор намагничиваться в противоположной полярности, отталкиваться и вращаться. Статор может быть намотан двумя или более наборами обмоток, называемых полюсами. Количество полюсов определяет частоту вращения двигателя. Доступны стандартные синхронные скорости; 900, 1200, 1800 и 3600 об / мин. Асинхронный двигатель вращается немного медленнее, чем синхронный двигатель, и имеет форму двигателя с короткозамкнутым ротором.Снижение скорости называется проскальзыванием двигателя.

Ротор состоит из продольных алюминиевых или медных стержней. Электрический ток индуцируется в этих стержнях, создавая магнитное поле. Это индуцирование тока и дало имя асинхронному двигателю. Ротор асинхронного двигателя имеет две конструкции: с короткозамкнутым ротором и намотанный.

• Ротор с короткозамкнутым ротором (наиболее распространенный) представляет собой цилиндр из стали с алюминиевыми или медными проводниками.
• Ротор с фазой имеет обмотки, которые через контактные кольца соединены с внешними сопротивлениями.

Магнитные полюса

Число полюсов в двигателе всегда четное и бывает по два (север и юг). В двигателе переменного тока количество полюсов работает вместе с частотой, чтобы определить синхронную скорость.

Мотор скольжения

Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора называется скольжением. Большинство асинхронных двигателей переменного тока имеют скольжение от 3 до 5 процентов при полной нагрузке. В таблицах двигателей и в каталогах производителей указаны значения частоты вращения с учетом скольжения.

Критические уровни крутящего момента

Кривая скорость-крутящий момент (S-T) отображает четыре значения крутящего момента, которые имеют решающее значение для выбора двигателя и его применения. Заторможенный ротор — это крутящий момент, доступный при нулевой скорости для ускорения. Подтягивание — это минимум, доступный при ускорении. Пробойный момент создается двигателем непосредственно перед тем, как он перестает вращаться из-за внезапной нагрузки.

Многофазные двигатели (3-фазные)

Из-за высокой эффективности и низкой стоимости трехфазные асинхронные двигатели переменного тока являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в промышленности.

Типы конструкции трехфазного двигателя

в Северной Америке признают четыре распространенных конструкции асинхронных двигателей: конструкция A, конструкция B, конструкция C и конструкция D. Конструкции A, B и C имеют аналогичные соотношения между мощностью и мощностью. Двигатели конструкции D больше и дороже.

• Двигатели конструкции A имеют более высокий ток заторможенного ротора с более высоким моментом пробоя, чем двигатели конструкции B.
• Конструкция B — стандартный двигатель промышленного назначения. У него разумный пусковой момент при умеренном пусковом токе.Обычно применяется к вентиляторам, нагнетателям, насосам, компрессорам и другим легким пусковым устройствам.
• Конструкция C рассчитана на высокий пусковой момент. Обычно применяется для нагруженных конвейеров, дробилок, миксеров, мешалок, поршневых компрессоров, поршневых насосов и других нагрузок с жестким пуском.
Двигатели
• конструкции D устанавливаются на пробивные прессы, ножницы, подъемники, насосы для нефтяных скважин и другие машины с высокой пиковой нагрузкой. У них больше всего проскальзывают.

Многоскоростные двигатели

Трехфазные асинхронные двигатели также доступны для работы на двух или более скоростях.Двигатели этого типа работают только на одно напряжение. Обмотки статора могут быть соединены между собой для получения разного числа полюсов.

Приводы переменного тока с регулируемой скоростью

Чтобы удовлетворить потребность в регулируемой скорости, был разработан контроллер двигателя (инвертор). Управление технологическим процессом и энергосбережение являются основными причинами использования привода с регулируемой скоростью.

Преимущества управления технологическим процессом при использовании привода с регулируемой скоростью:

• Управление ускорением, крутящим моментом и натяжением
  

• Отрегулируйте скорость производства с разными рабочими скоростями для каждого процесса
• Компенсация за изменение переменных процесса
• Разрешает медленную работу в целях настройки
• Обеспечить точное позиционирование

Однофазные асинхронные двигатели

Однофазный двигатель работает по тому же принципу, что и многофазный двигатель, за исключением того, что эффект вращающегося магнитного поля, создаваемый статором, не существует до тех пор, пока не будет достигнута рабочая частота вращения.Поскольку пусковой крутящий момент отсутствует, предусмотрен конструктивный механизм для запуска двигателя. Это различные обозначения:

Кривые крутящего момента-скорости для различных однофазных асинхронных двигателей

Затененный полюс: Имеют только одну главную обмотку и без пусковой обмотки. Эта конфигурация вызывает сдвиг приложенного магнитного поля по отношению к ротору, создавая постоянный крутящий момент. Применения включают вентиляторы и мелкую бытовую технику.

Split-Phase (двигатель с индукционным пуском): Имеет два набора обмоток статора.«Пусковые» обмотки расположены под углом 90 градусов к «рабочим» обмоткам и смещают магнитное поле статора, создавая пусковой момент. Применения включают небольшие измельчители, маленькие вентиляторы и воздуходувки.

Capacitor-Start: Самый распространенный однофазный двигатель, используемый в промышленности. Это модифицированный двигатель с расщепленной фазой, в котором конденсатор включен последовательно с пусковой обмоткой для обеспечения пускового ускорения. Применение: небольшие конвейеры, большие нагнетатели, насосы и прямые приводы.

Постоянный разделенный конденсатор (PSC): Использует идентичные основные и вспомогательные обмотки с конденсатором для обеспечения пускового момента. Это самый надежный однофазный двигатель, поскольку не требуется центробежный пусковой выключатель. Применения включают вентиляторы и насосы в HVAC и холодильной промышленности.

Лучшие бренды предлагаемых нами двигателей переменного тока

Контент на этой странице был создан с использованием выдержек из Справочника по передаче электроэнергии (5 ^th издание) , который написан и продается Ассоциацией дистрибьюторов силовой передачи (PTDA).

Закажите копию здесь

Что такое двигатель переменного тока и как он работает?

Большинство бытовых приборов, оборудования и инструментов, которые мы используем ежедневно, питаются от двигателя переменного тока. Все, что можно подключить, скорее всего, будет работать от двигателя переменного тока. Вот почему двигатели переменного тока можно назвать сердцем многих машин, которые мы используем каждый день. Это источник питания для ряда приложений благодаря своей гибкости, эффективности и бесшумной работе.

Что такое двигатель переменного тока?

Двигатель переменного тока — это электродвигатель, в котором используется явление электромагнитной индукции. Этот электродвигатель приводится в действие «переменным током». Это тип электрического тока, который периодически меняет направление и непрерывно меняет свою величину со временем. Этот ток отличается от постоянного тока, или «постоянного тока», который течет только в одном направлении. Из простого электрического входного сигнала двигатель переменного тока может предложить сравнительно эффективный метод производства механической энергии.

Двигатель переменного тока обычно состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор остается снаружи, что является неподвижной частью двигателя. Он имеет катушки и питается переменным током для создания вращающегося магнитного поля.

Внутри остается ротор, который является вращающейся частью двигателя. Он создает второе вращающееся магнитное поле, будучи прикрепленным к выходному валу. Магнитное поле ротора могут создаваться постоянными магнитами, реактивным сопротивлением или электрической обмоткой.

Как работает двигатель переменного тока?

Чтобы получить общее представление о том, как именно работает двигатель переменного тока, нам необходимо знать его основные характеристики. Двигатель переменного тока отличается от многих других типов двигателей, особенно от двигателей постоянного тока. Но основной причиной этого является тот факт, что он специально работает на переменном токе.

Переменный ток или заряд — это ток, направление потока в цепи которого меняется на обратное через равные промежутки времени. Это также означает, что напряжение в цепи переменного тока периодически изменяется, в то время как в цепи постоянного тока остается относительно постоянным.

Теперь двигатель переменного тока полагается на устройство, называемое генератором переменного тока, для создания этого переменного направления заряда. Это специализированный тип электрического генератора. Когда электричество проходит через вращающийся вал, в этом генераторе обычно создается ротор, электромагнитное поле или ЭДС. Между тем, статор вращается вокруг себя или внутри набора статических катушек из проволоки. Когда ротор вращается относительно статора, результирующая ЭДС переключает направление или полярность в заданных точках относительно статора.

Это происходит потому, что он создается заряженным ротором, вращающимся на фиксированной оси. В результате переключения полярности периодическое изменение направления тока в двигателе переменного тока происходит через регулярные и предсказуемые интервалы. Все это можно сравнить с поршнем или лопастью, перемещающей воду по системе воздуховодов. Когда поршень перемещает воду внутрь и наружу с постоянной скоростью, он, в свою очередь, толкает воду вперед и назад по трубопроводу.

Хотя двигатель переменного тока имеет простую конструкцию, как и двигатель с магнитным приводом — статор с медной обмоткой и роторный механизм.Но электродвигатель переменного тока — это недорогой и высокоэффективный механизм, который используется во множестве приложений. Где бы ни использовались электроприборы, электродвигатели переменного тока находят свое применение от тяжелой промышленности до бытовых сред, независимо от их типов и категорий.

Также читайте: Типы двигателей переменного тока и их применение

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 21 апреля 2020 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают. Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле.Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя). Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Изображение: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном направлении.

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле.Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть. Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, а это значит, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток. Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен.(Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Прежде чем перейти к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор.Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: на них подается не постоянный ток, а переменный ток (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц).Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля. Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество.В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете энергию на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь.Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником. Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле.Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает — вращающееся магнитное поле — также вращаясь. (Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно запитываются источником переменного тока (не показан, но подключаются к выводам справа). Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот.Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе. Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя.Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор. Количество отдельных электрических токов, возбуждающих катушки независимо, не в шаге, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ).В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота.У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются выходят и нуждаются в замене время от времени. Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу.Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения. Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный).Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа. Это произведение искусства взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками. Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко).Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года).Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Электричество для молодых людей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка.Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты двигателей постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда.Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: разработчик электроэнергии Крисом Вудфордом в «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все это было доступно в Интернете по этой ссылке в Google Книгах. Возраст 9–12 лет.

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе.Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели, Томас Х. Бартон и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
• Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г.Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 апреля 2020 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Изображение: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном направлении.

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть.Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, а это значит, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток. Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Прежде чем перейти к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: на них подается не постоянный ток, а переменный ток (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете энергию на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно запитываются источником переменного тока (не показан, но подключаются к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока.Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод.Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор.Количество отдельных электрических токов, возбуждающих катушки независимо, не в шаге, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ). В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются выходят и нуждаются в замене время от времени.Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу. Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения.Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания.Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа.Это произведение искусства взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками.Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко). Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года). Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Электричество для молодых людей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем Эда Соби.Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты двигателей постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в изобретателях и изобретениях, том 5.Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткая биография Tesla, которую я написал несколько лет назад. На момент написания все это было доступно в Интернете по этой ссылке в Google Книгах. Возраст 9–12 лет.

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г.Патент на оригинальный асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели, Томас Х. Бартон и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
• Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г. Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом от Umesh C.Gupta, Vickers, Inc. 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 21 апреля 2020 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Изображение: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном направлении.

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть.Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, а это значит, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток. Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Прежде чем перейти к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: на них подается не постоянный ток, а переменный ток (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете энергию на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле производит (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно запитываются источником переменного тока (не показан, но подключаются к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока.Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод.Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор.Количество отдельных электрических токов, возбуждающих катушки независимо, не в шаге, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ). В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются выходят и нуждаются в замене время от времени.Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу. Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения.Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания.Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа.Это произведение искусства взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками.Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко). Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года). Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Электричество для молодых людей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем Эда Соби.Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты двигателей постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в изобретателях и изобретениях, том 5.Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткая биография Tesla, которую я написал несколько лет назад. На момент написания все это было доступно в Интернете по этой ссылке в Google Книгах. Возраст 9–12 лет.

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г.Патент на оригинальный асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели, Томас Х. Бартон и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
• Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г. Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом от Umesh C.Gupta, Vickers, Inc. 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте.