0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе

Трехфазный асинхронный электродвигатель

Конструкция асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

  • где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • f1 – частота переменного тока, Гц,
  • p – число пар полюсов
Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

Магнитное поле создаваемое обмоткой

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2

Статор асинхронного двигателя: устройство и принцип работы

Если у электромотора скорость вращения ротора не соответствует частоте вращения электромагнитного поля, которое создают обмотки статора, то такой электродвигатель называется асинхронным или индукционным. Этот тип двигателя был разработан в 1889 году русским инженером М.О.Доливо-Добровольским. Его применяют и сейчас.

  • Станки и транспортеры;
  • подъемно-транспортная техника и устройства автоматики;
  • приводы вентиляторного и насосного оборудования — вот далеко не полный перечень областей применения асинхронных двигателей.
Читать еще:  Датчик температуры двигателя starline замена

80 % всех производимых промышленностью электромоторов являются асинхронными, благодаря многочисленным преимуществам такого типа привода. Он:

  • надежен;
  • недорог в изготовлении;
  • прост в обслуживании;
  • не требует больших затрат на эксплуатацию;
  • не нуждается в преобразователях при включении в сеть.

Тем не менее, выбирая электромотор, следует помнить о таких его недостатках, как:

  • ограничение количества оборотов частотой сети (при частоте 3-фазной сети 50 Гц, он дает примерно 3000 об/минуту);
  • сложность регулировки скорости вращения рабочего вала;
  • зависимость вращающего момента от напряжения в сети;
  • высокая величина пускового тока;
  • слабость усилия при включении.

Принцип работы подобного двигателя довольно прост: неподвижная часть, называемая статором, формирует вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с электромагнитным полем подвижной части, называемой ротором, принуждая ротор вращаться. При неизменной конструкции статора двигатели могут иметь или фазный, или короткозамкнутый ротор.

Устройство статора

  1. Корпус. Должен изготавливаться из немагнитного материала – чугуна или алюминия. Если размеры двигателя велики, при изготовлении корпуса применяют сварку. Двигателям этого типа свойственно воздушное охлаждение. Для повышения теплоотдачи на поверхности корпуса располагаются ребра. Подшипниковые щиты, кожух вентилятора и клеммную коробку тоже устанавливают снаружи. Лапы или фланцы на корпусе двигателя служат для его крепления.
  2. Сердечник. Его набирают из пластин, изготовленных из электротехнической стали толщиной порядка 0,5 мм. Благодаря этому уменьшаются вихревые токи. Собранные в пакеты пластины сердечника скрепляются скобами или швами и покрываются несколькими слоями изоляционного лака. Сердечник закрепляют в станине с помощью стопорных болтов.
  3. Обмотки статора. Сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов обмотки (обычно 3 штуки), вкладываются в пазы на внутренней стороне сердечника. Их изготавливают в основном из изолированного медного, а временами и алюминиевого провода круглого или квадратного сечения. Электромотор подключают к трехфазной сети через клеммную коробку, на которую выводятся концы обмоток.

Есть два способа соединения обмоток в статорах:

  • звездой, когда концы всех обмоток соединяются в одной точке для подключения двигателя в сеть 380В;
  • треугольником, когда обмотки соединяются последовательно в замкнутый контур для подключения двигателя в сеть 220В.

Следует иметь в виду, что на корпусе каждого конкретного двигателя закреплена табличка, на которой указываются его рабочие напряжения. Треугольником подключают наименьшее из указанных напряжений, а звездой – наибольшее. При нарушении этого правила обмотки статора довольно быстро перегорят, и мотор придется ремонтировать.

Итак, зная устройство и принцип работы статора асинхронного двигателя и принимая во внимание все, изложенное выше, вы сможете сделать правильный выбор при приобретении электромотора.

Что является вращающейся часть в асинхронном двигателе

Что является вращающейся часть асинхронном двигателе

В отличие от трёхфазного, однофазный асинхронный двигатель часто применяется в бытовой технике – пылесосах, стиральных машинах, вентиляторах, кухонных комбайнах, блендерах и т.д. Они же применяются в магнитофонах и проигрывателях виниловых дисков. Даже в составе персонального компьютера можно найти не один асинхронный двигатель. Но к устройству этой версии двигателя мы вернёмся чуть позже.

Первым появился на свет именно трёхфазный электродвигатель, принцип работы которого строился на взаимодействии электромагнитных полей. Основные части асинхронного двигателя – это статор и ротор. Соответственно, статором была названа часть, которая остаётся неподвижной. Именно она находится непосредственно под внешней оболочкой устройства и имеет форму цилиндра. В этой части по кругу расположены три обмотки – под углом 120° друг к другу.

В современных двигателях можно насчитать множество обмоток, однако, они соединены друг с другом так, чтобы каждая последующая отличалась от предыдущей по фазе, и фазовый сдвиг между соседними обмотками составлял 120°. Обмотки наматываются медным проводом, и к каждой из групп подключается напряжение со своей фазы. Таким образом, получается, что магнитное поле движется по этим обмоткам, как бы замыкаясь в кольцо.

Читать еще:  График рабочей характеристики асинхронного двигателя

Статор тоже имеет свои обмотки. Так как на статор электричество не подаётся, он имеет право на замкнутый проводник, который иногда вместо обмоток формируют в виде так называемой беличьей клетки. Если сравнивать точнее, то эта деталь напоминает не саму клетку для проворного грызуна, а беличье колесо, предназначенное для того, чтобы животное выплёскивало свою неуёмную энергию. В роторе устройства «беличья клетка» формируется путём заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника, выполненного из набранных стальных листов. Такое устройство называется короткозамкнутым ротором.

Если статор выполнен с реальными обмотками, то он обычно делается многополюсным. Такой ротор называют фазным. Обмотки этого ротора замыкают звездой или треугольником.

Ротор имеет собственный вал, который опирается на задний и передний подшипники. Они, в свою очередь, закреплены на корпусе двигателя так, что ротор внутри статора может свободно вращаться. Принцип действия асинхронных двигателей основан на том, что в обмотках или «беличьем колесе» статором наводится магнитное поле. Под его действием в проводниках ротора появляется ток, а с ним – собственное магнитное поле.

Переменное магнитное поле статора увлекает за собой ротор, и тот начинает вращаться. Но магнитное поле ротора всегда запаздывает относительно поля статора, и вращение обоих полей не может происходить синхронно. Это заставляет ротор преодолевать множество действующих на него сил:

  • силу тяготения;
  • трение качения (если используется шариковый или роликовый подшипник);
  • трение скольжения (если в качестве подшипника применяется бронзовая втулка);
  • силу противодействия приводимого в движение оборудования.

Последняя сила зависит от многих моментов, поэтому её невозможно свести к какому-либо простейшему физическому параметру. Если надо сдвинуть с места трамвай, то двигателю приходится на себя брать нагрузку от редуктора, который надо раскрутить, от самого вагона, который надо сдвинуть, к тому же не надо забывать ещё и о силе трения качения, которое испытывают колёса транспортного средства.

В случае когда идет описание работы профессиональной мясорубки, которую приводит в действие асинхронный двигатель, то здесь преодолевается сопротивление и самого редуктора, и того куска мяса или даже кости, которую надо перемолоть.

Поскольку между статором и ротором есть зазор, то ротор под нагрузкой просто отстаёт от статора по угловой скорости. Следовательно, частота вращения ротора зависит от нагрузки на вал двигателя. Нарушается принцип синхронности, оттуда и название самого устройства: «асинхронный двигатель».

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором составляют значительную часть семейства электрических двигателей переменного тока – преобразователей электромагнитной энергии от одно- или трехфазной сети в механическую энергию вращения вала двигателя.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором содержит две основные части: неподвижную и вращающуюся. Неподвижная часть – статор – состоит из сердечника той или иной конфигурации, одной или нескольких обмоток, уложенных в пазы сердечника и конструктивных деталей: станины, крепежных деталей и т.п. Подвижная часть – ротор – состоит из сердечника, короткозамкнутой обмотки, уложенной в его пазы, и конструктивных деталей, с помощью которых обеспечивается возможность вращения подвижной части относительно неподвижной: вала, опорных подшипников, крепежных деталей и т.п. Конструкция таких двигателей наиболее проста из всех видов электрических машин.

Модельный ряд асинхронных электродвигателей

Сводная таблица основных характеристик серий однофазных и трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором INNOVARI, INNORED:

Серия двигателейНоминальные скоростиДиапазон мощностей нагрузкиДиапазон моментов нагрузкиПримечание
Однофазные асинхронные INNOVARI1500…1800 об/мин0,06…7,5 кВт0,36…49,9 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI1000…3000 об/мин0,09…9,2 кВт0,36…22,4 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI с тормозом1400 об/мин0,18…7,5 кВт0,58…15,5 НмТормозной момент
1,25…60 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI с тормозом и ручкой растормаживания1400 об/мин0,55…1,5 кВт4…10 Нм10…20 Нм
Трехфазные асинхронные взрывозащищенные INNOVARI900…2800 об/мин0,12…9,3 кВт0,43…61,2 Нм1 Exd IIC T4
Трехфазные асинхронные INNORED900…2800 об/мин0,09…11 кВт0,63…71,95 Нм
Читать еще:  Впрыск топлива в двигатель схема

Применение асинхронных двигателей

Предельная простота конструкции и дешевизна производства, а также появление гибких в программировании преобразователей частоты определили практически повсеместное применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в промышленных электроприводах. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели находят применение:

  • в металлургическом производстве: в автоматизированных приводах оборудования прокатных и волочильных станов, литейного производства;
  • в металлообрабатывающем производстве: в автоматизированных приводах станков и обрабатывающих центров, подъёмно-крановом оборудовании, транспортерах и т.п.;
  • в механосборочном производстве: в приводах манипуляторов, конвейеров, компрессорном оборудовании;
  • в горнодобывающем производстве: в бурильном и экскаваторном оборудовании, транспортерах и др.;
  • в насосном, вентиляционном, компрессорном оборудовании;
  • в строительстве: в крановом оборудовании, оборудовании подготовки и транспортировки стройматериалов;
  • в бытовой сфере: в ручном электроинструменте, прачечном, кухонном и офисном оборудовании.

Преимущества использования асинхронных двигателей

Привлекательными сторонами использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются:

  • относительно высокие значения коэффициента мощности (cos φ) и коэффициента полезного действия (η);
  • жесткая механическая характеристика (малы изменения скорости при колебаниях нагрузки);
  • высокие значения пускового и максимально допустимого момента на валу двигателя.

При этом имеет место предельная простота конструкции и обусловленная этим надежность в эксплуатации. Основными элементами, определяющими отказы асинхронных короткозамкнутых двигателей, являются опорные подшипники вала двигателя и электрическая изоляция обмоток. К основным факторам разрушения изоляции обмоток относится вибрация и перегрев обмоток, а также агрессивность внешней среды. Факторы разрушения подшипников: вибрации и перекос нагрузок, агрессивность внешней среды и паразитные токи через станину и вал двигателя, способствующие эрозии дорожек и тел качения. Эти недостатки присущи всем видам электрических машин, но в случае асинхронных короткозамкнутых двигателей простота конструкции и обеспечение условий эксплуатации сводит их влияние к минимуму.

Принцип работы асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

В пазах статора пространственно симметрично уложена трехфазная обмотка. Принцип работы асинхронного двигателя основан на свойстве таких обмоток, заключающемся в следующем: при питании фаз обмотки токами, сдвинутыми по времени на электрический угол, в градусах равный пространственному углу сдвига фаз обмотки, внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Частоту вращения такого поля принято называть синхронной. За один период изменения тока частотой f поле поворачивается на электрический угол 360°, соответствующий двум полюсным делениям. Поэтому скорость вращения поля (синхронная скорость) nс = f/p (об/сек), где p – число пар полюсов обмотки. Вращающийся магнитный поток в пространстве статора пересекает витки обмотки ротора. При этом он индуцирует в обмотке ротора электродвижущую силу, под действием которой в обмотке начинает протекать ток. Частота и сила тока зависит от разности скоростей синхронной nс и самого ротора n. Относительную разницу этих скоростей принято называть скольжением S=(nс–n)/nс. При номинальном режиме работы величина скольжения лежит в пределах 0,03…0,05. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, поскольку возрастает отставание ротора от магнитного потока. Ток ротора так же создает свой вращающийся магнитный поток, который, векторно складываясь с потоком статора, создает внутреннее магнитное поле машины. В результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем машины возникает вращающий электромагнитный момент, поддерживающий вращение ротора и приводящий в движение нагрузку электродвигателя. При движении ротора с синхронной скоростью исчезнет индуцируемая электродвижущая сила и ток в обмотке ротора, исчезнет и вращающий момент. Таким образом, ротор всегда движется со скоростью, меньшей синхронной.

В однофазных асинхронных двигателях обмотка статора состоит из двух пространственно сдвинутых фаз и запитывается однофазным напряжением. Для получения сдвига фаз токов в обмотках последовательно или параллельно одной из них включается фазосдвигающий элемент – чаще всего, конденсатор. Однофазные асинхронные двигатели, как правило, имеют худшие по сравнению с трехфазными двигателями характеристики, однако, в ряде случаев, эти недостатки перекрываются преимуществами, возникающими при возможности питания от однофазной сети.

Обмотка, уложенная в пазах статора, может быть многополюсной. В этом случае переключение обмоток на разное число пар полюсов используется для дискретного регулирования скорости вращения электродвигателя.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector