Схема подключения асинхронного двигателя: особенности, принцип работы и характеристики

Как устроена схема обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Какие существуют типы обмоток и способы их соединения. Каковы основные технические характеристики асинхронных электродвигателей. Как правильно подключить и эксплуатировать асинхронный двигатель.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель — один из самых распространенных типов электродвигателей. Его главные преимущества — простота конструкции, надежность и невысокая стоимость. Как же устроен и работает этот тип электродвигателя?

Основные части асинхронного двигателя:

• Статор — неподвижная часть с обмотками
• Ротор — вращающаяся часть
• Подшипниковые щиты
• Вентилятор охлаждения
• Клеммная коробка для подключения

Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током, индуцированным в обмотке ротора. При подаче трехфазного напряжения на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. Оно пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Под действием ЭДС в обмотке ротора возникает ток. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент, приводящий ротор в движение.

Схема обмотки трехфазного асинхронного двигателя

Рассмотрим подробнее схему обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя на примере варианта с 4 полюсами и 36 пазами. Какие особенности имеет данная схема?

• Обмотка двухслойная — в каждом пазу располагаются стороны двух катушек
• Всего 36 катушек, по 12 на каждую фазу
• Катушки объединены в 12 полюсных групп по 3 катушки
• Полюсные группы соединяются последовательно внутри каждой фазы
• Начала фаз смещены на 120 электрических градусов

Для наглядного представления схемы обмотки используются различные типы диаграмм:

1. Развернутая схема — показывает расположение сторон катушек в пазах статора
2. Круговая схема с дугами — отображает соединение полюсных групп
3. Электрическая принципиальная схема — демонстрирует соединение фаз

Такое представление позволяет понять как физическое расположение обмоток, так и схему их электрического соединения.

Типы обмоток асинхронных двигателей

Существует несколько основных типов обмоток, применяемых в асинхронных двигателях. Какие это типы и в чем их особенности?

Двухслойные обмотки

Наиболее распространенный тип. В каждом пазу располагаются стороны двух катушек — одна внизу, другая вверху. Преимущества:

• Хорошее использование пространства паза
• Возможность изменения шага обмотки
• Удобство при изготовлении

Однослойные обмотки

В каждом пазу располагается сторона только одной катушки. Применяются реже из-за худшего использования пространства паза. Преимущества:

• Простота конструкции
• Повышенная надежность

Концентрические обмотки

Катушки имеют разный шаг и как бы вложены одна в другую. Применяются в основном в двигателях малой мощности. Особенности:

• Экономия меди
• Упрощение лобовых частей
• Снижение потерь в меди

Схемы соединения обмоток асинхронного двигателя

От правильного соединения обмоток зависят рабочие характеристики двигателя. Какие существуют основные схемы соединения?

Схема «звезда»

При соединении звездой концы фазных обмоток соединяются в общую точку — нейтраль. Особенности:

• Фазное напряжение в √3 раз меньше линейного
• Подходит для запуска при высоком напряжении сети
• Меньший пусковой ток

Схема «треугольник»

При соединении треугольником конец каждой фазы соединяется с началом следующей. Характеристики:

• Фазное напряжение равно линейному
• Больший пусковой момент
• Выше КПД при номинальной нагрузке

Многие двигатели допускают оба варианта соединения. Это позволяет выбрать оптимальную схему в зависимости от условий эксплуатации.

Технические характеристики асинхронных двигателей

Для правильного выбора и эксплуатации асинхронного двигателя важно понимать его основные технические характеристики. Какие параметры являются ключевыми?

Номинальная мощность

Это мощность на валу двигателя при номинальной нагрузке. Измеряется в кВт или л.с. От мощности зависят габариты и масса двигателя.

Номинальное напряжение

Напряжение, на которое рассчитан двигатель. Наиболее распространены двигатели на 380В и 220В.

Номинальный ток

Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке. Важен для выбора коммутационной и защитной аппаратуры.

Номинальная частота вращения

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

КПД

Коэффициент полезного действия — отношение полезной мощности к потребляемой. У современных двигателей может достигать 90-95%.

Коэффициент мощности

Характеризует соотношение активной и реактивной мощности. Чем выше, тем эффективнее работа двигателя.

Особенности подключения асинхронного двигателя

Правильное подключение — залог надежной и эффективной работы асинхронного двигателя. На что следует обратить внимание при подключении?

1. Проверка соответствия напряжения сети и двигателя
2. Выбор схемы соединения обмоток (звезда или треугольник)
3. Правильное чередование фаз для обеспечения нужного направления вращения
4. Надежное заземление корпуса двигателя
5. Установка защитной аппаратуры (автоматические выключатели, тепловые реле)

При подключении важно соблюдать требования ПУЭ и инструкции производителя двигателя. Это обеспечит безопасность и долговечность работы оборудования.

Эксплуатация и обслуживание асинхронных двигателей

Для обеспечения длительной и надежной работы асинхронного двигателя необходимо соблюдать правила эксплуатации и регулярно проводить техническое обслуживание. Какие основные мероприятия следует выполнять?

• Периодический осмотр и очистка двигателя от пыли и грязи
• Контроль температуры обмоток и подшипников
• Проверка состояния изоляции обмоток
• Смазка подшипников согласно регламенту
• Контроль вибрации и шума при работе
• Проверка надежности контактных соединений

Регулярное обслуживание позволяет своевременно выявить и устранить неисправности, продлить срок службы двигателя и повысить эффективность его работы.

В заключение отметим, что правильное понимание схемы подключения, особенностей конструкции и технических характеристик асинхронного двигателя — важное условие его эффективной и безопасной эксплуатации. Это позволяет грамотно подобрать двигатель для конкретной задачи, обеспечить его корректное подключение и обслуживание.

[№ 13] Схема обмотки двигателя переменного тока

Здесь мы видим схему обмотки трехфазного асинхронного двигателя переменного тока или бесщеточного двигателя с постоянными магнитами (IPM), имеющего 4 полюса и 36 пазов. Эта обмотка фактически может использоваться с любой машиной переменного тока, включая синхронный реактивный двигатель или синхронный двигатель или генератор с возбуждением. Во многих отношениях это обычный классический пример, и цель здесь состоит в том, чтобы рассмотреть некоторые особенности схемы и ее условности, а не саму обмотку или какую-либо конкретную машину.

Отправной точкой является разработанная схема обмотки внизу слева. Термин «развитый» заимствован из геометрии цилиндров и означает, что наш взгляд на внутреннюю часть отверстия статора выкатывается на плоскость. Мы должны представить, что находимся внутри статора, где-то рядом с центральной линией или осью, и смотрим радиально наружу на внутреннюю поверхность с прорезями.

Если мы повернем наш вид на 360°, мы увидим все 36 слотов.

На разработанной схеме показаны только несколько слотов, но мы видим, что всего катушек 36. Каждая катушка имеет две катушки- стороны , поэтому в каждом слоте должно быть две стороны катушки. Это то, что известно как двухслойная обмотка , один из самых распространенных типов. Катушки все одинаковые, и они уложены так, что одна сторона катушки находится внизу прорези, а другая вверху возле отверстия прорези. Нижние стороны катушки показаны пунктирными линиями, потому что они скрыты за верхними сторонами катушки, когда мы смотрим наружу от оси. Каждая катушка представлена ​​на разработанной схеме многоугольником с треугольными «лобовиками», иногда называемым «алмазной катушкой».

В машинах с большим количеством пазов разработанная схема может стать очень сложной, особенно когда обмотка рассчитана на различные последовательно-параллельные соединения. По этой причине часто используется чрезвычайно компактная форма схемы соединений, особенно в намоточных цехах.

В дальнейшем мы предполагаем, что все катушки одинаковы и уложены в одном и том же направлении правильным образом; их полярность затем определяется межсоединителями, и что жизненно важно в цехе намотки, так это соединить их в группы с правильной полярностью, правильными последовательными или параллельными путями и в правильных фазах.

На компактной схеме показаны группы полюсов . В этом примере с 36 катушками, 3 фазами и 4 полюсами катушки естественным образом делятся на группы по 3, то есть 36/(3 × 4). Одна из этих групп выделена на разработанной схеме. Его начальная точка ( S ) — передний хвост первой катушки в группе, а конечная точка (

F ) — задний хвост последней (третьей). S и F ожидают подключения к другим группам полюсов в соответствии с основной схемой. Если предполагается параллельное соединение, ЭДС, генерируемые во всех параллельных группах полюсов, должны быть одинаковыми по величине и фазе.

На компактной диаграмме каждая группа полюсов представлена ​​простой дугой. Чтобы не касаться и не перекрывать соседние дуги, угловая протяженность этой дуги (в шагах пазов) немного меньше, чем количество пазов на полюс на фазу, в данном случае 3 шага пазов. Количество дуг равно количеству групп полюсов, поэтому количество катушек в группе равно количеству катушек, деленному на количество дуг: в этом случае 36/12 = 3.

Замечательное свойство эта схема заключается в том, что она не зависит от количества пазов и катушек. Например, если мы заменим статор с 48 пазами, схема не изменится, но количество катушек в группе увеличится с 3 до 4. В статоре с 24 пазами будет 2 катушки на группу. Все эти случаи являются примерами обмоток с «разбросом» 60°, что является чрезвычайно распространенным явлением. (Технически мы должны включить случай 12 слотов, но это вырожденно, если разброс равен нулю). Также обратите внимание, что на диаграмме нет информации о размахе или шаге катушки; таким образом, например, в случае с 36 пазами обмотка с полным шагом будет иметь размах витков 9, но также можно использовать 8, 7 или 6 (все с 2 сторонами катушки на слот).

Схема дуги содержит всю необходимую информацию для правильного соединения групп полюсов. Со всеми дугами на месте довольно просто с помощью «логики схемы» соединить их с правильной полярностью в соответствующие фазы. Чтобы облегчить интерпретацию соединений, справа добавлена ​​принципиальная схема для одной фазы, и мы видим, что в этом примере все катушки в одной фазе соединены последовательно. Другими словами, количество параллельных путей равно 1. Было бы полезно снова нарисовать основную диаграмму (и правую диаграмму) с 2 параллельными путями и снова с 4 параллельными путями (максимально возможное число в этот пример).

Детали важны. Группы полюсов пронумерованы от 1 до 12 при движении против часовой стрелки, и каждая группа полюсов имеет маркировку S – F при движении против часовой стрелки. На дугах были добавлены стрелки, чтобы показать полярность подключения, а в центре диаграммы мы добавили письменный «график» подключений: например, « F1 до F4 » означает, что отделка группа полюсов 1 соединяется с концом группы полюсов 4.

В этом примере группы полюсов связаны с тремя фазами, и в соответствии со схемой начало фазы 2 должно быть смещено на 120° (электрически) от начало фазы 1, в направлении вращения вперед. Поскольку это 4-полюсная машина, то есть угол 60° (механический), поэтому, если фаза 1 начинается в слоте 1, фаза 2 должна начинаться в слоте 7, а фаза 3 — в слоте 13.

Хотя дуговая диаграмма может иметь дело с обмотками большой сложности, она не показывает положения отдельных сторон катушки: они неявны, когда известен пролет катушки и количество катушек в группе, но они не являются первичными. значение в процессе соединения полюсов- групп . Это может быть недостатком для инженера, рассчитывающего коэффициенты обмотки или анализирующего машину с помощью программы конечных элементов. Кроме того, дуги очень похожи на лобовые части обмотки, которые иногда отображаются в программе проектирования обмотки, и это можно рассматривать как отвлечение внимания, поскольку они не имеют никакого отношения к лобовым обмоткам.

Для аналитических целей разработанная схема обмотки, возможно, более полезна, поскольку она показывает физическое положение каждой катушки. Когда катушки аккуратно сгруппированы, как в этом примере с распределенной обмоткой, расчетные уравнения (в частности, коэффициенты обмотки) могут быть рассчитаны по формулам на основе разброса и размаха катушки; но в других случаях, таких как концентрические обмотки или обмотки с дробными пазами / полюсами, все становится сложнее, и может потребоваться собрать коэффициенты обмотки с помощью анализа ряда Фурье для каждой катушки. Опять же, есть особые случаи, когда могут использоваться совершенно неправильные обмотки, в том числе катушки с разным пролетом, и в таких случаях дуговая диаграмма не подходит.

Вероятно, не существует единого стиля схемы обмотки, который мог бы эффективно представить все технические характеристики широкого спектра обмоток, используемых в электрических машинах. Три элемента схемы здесь — развернутая схема, круговая схема полюсно-группового соединения с дугами и электрическая принципиальная схема — все это обычное дело, но не очень часто мы видим их все вместе, и есть еще другие представления. здесь вообще не обсуждается. В настоящее время сложности, как правило, возникают как с большими, так и с небольшими машинами, имеющими дробные пазы/полюса, где большое внимание уделяется форме волны ЭДС, зубчатому моменту и уровню реактивного сопротивления рассеяния гармоник. При подготовке схемы намотки с учетом этих расчетов требования не совсем такие же, как при подготовке технического чертежа для использования в намоточной мастерской, однако во всех этих процессах должна быть высокая степень согласованности, и в идеале набор Программное обеспечение для проектирования должно обрабатывать все эти аспекты одинаково тщательно.

Вероятно, будет справедливо сказать, что основной схемы подключения (даже без написанного графика в середине) достаточно, чтобы намоточный цех мог правильно установить и подключить многие виды обмотки переменного тока без использования разработанной схемы или схемы электрической цепи. . Если вам когда-нибудь посчастливится попасть в мастерскую по намотке, они могут даже показать вам несколько нарисованных от руки образцов, которые они используют для перемотки полностью сгоревших машин.