Асинхронный трёхфазный двигатель

1. Применение трёхфазных двигателей в стиральных машинах

Асинхронный трёхфазный электродвигатель был изобретён в 1889 году русским электротехником Доливо-Добровольским. Трёхфазные двигатели получили широкое применение в различной промышленной технике, в том числе и в промышленных стиральных машинах. С развитием современных технологий и электронных систем управления, подобные двигатели стали распространены и в бытовой технике. В бытовых стиральных машинах трёхфазные двигатели стали применяться примерно с 2005 года. Сегодня можно встретить такие двигатели только в некоторых моделях стиральных машин торговых марок: AEG, Electrolux, Ariston, Indesit, Whirpoll, Candy, Bosch, Siemens, Miele, Haier. Трёхфазные двигатели из-за низкого уровня шума, очень часто применяются в так называемых бесшумных стиральных машинах.

2. Общие сведения о трёхфазном токе и трёхфазном двигателе

Как известно из курса электротехники, в промышленности трёхфазный ток создаётся трёхфазным генератором, который имеет три обмотки сдвинутые относительно своей геометрической оси на угол 120°, поэтому на выходе каждой из обмоток генератора образуются переменные токи, фазы которых соответственно сдвинуты друг относительно друга также на 120°. График трёхфазного тока представлен на (Рис.2). Конструкция и принцип работы трёхфазного и однофазного асинхронных двигателей почти одинаковы. Разница лишь в обмотках статора. Трехфазные электродвигатели имеют на статоре трёхфазную обмотку, каждая секция обмоток которых сдвинута на 120°. Ротор (подвижная часть) трёхфазного двигателя имеет такую же конструкцию, что и однофазные асинхронные двигатели, т.е. состоит из короткозамкнутой обмотки в виде «беличьего колеса». Статор (неподвижная часть) состоит из сердечника в пазы которого уложены секции обмоток и подключены к контактной колодке двигателя. В отличие от однофазного асинхронного конденсаторного двигателя, трёхфазный двигатель подключённый к трёхфазной сети, не нуждается в пусковом конденсаторе, поскольку сдвиг фаз токов необходимый для образования пускового момента и вращающегося кругового магнитного поля обусловлен самой системой питания. Трёхфазные асинхронные двигатели могут работать так же от однофазной сети, но с потерей мощности примерно на 50% и естественно уже с применением пусковой схемы построенной на конденсаторах.

Рис. 2 График трёхфазного тока

Рис.3 Соединение обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник»

Существуют две классические схемы подключения трёхфазных двигателей — это соединение обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник» (Рис.3) В стиральных машинах применяются трёхфазные асинхронные двигатели обмотки статора которых соединены по схеме «треугольник», т.е.конец первой обмотки соединен с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой, образуя замкнутый контур. При таком соединении в замкнутый контур нет никакой опасности, так как благодаря сдвигу по фазе между электродвижущими силами на 120° их геометрическая сумма равна нулю и, следовательно тока в контуре быть не может. Все обмотки в трёхфазном двигателе имеют одинаковое электрическое сопротивление, что обеспечивает равномерную нагрузку на каждую фазу.

Если не вдаваться в подробности основ теории электротехники, отметим главное — электродвигатели с обмотками, соединёнными звездой работают намного мягче, чем электродвигатели с соединением обмоток в треугольник, но нельзя не отметить, что при соединении обмоток звездой двигатель не способен выдать максимальную мощность. Если соединить обмотки треугольником, двигатель выдаст полную паспортную мощность (приблизительно в 1,5 раза выше, чем при соединении звездой), но значения пусковых токов будут высокими.

3. Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)

Выше, мы провели очень краткий обобщающий обзор по трёхфазному току и трёхфазному асинхронному двигателю. На самом деле, в электротехнике этот материал занимает очень большой раздел, с описанием всех физических процессов трёхфазной системы.

Как же работает асинхронный трёхфазный двигатель в бытовой стиральной машине, которая подключена к однофазной сети с переменным напряжением 220 вольт?

Для того, чтобы трёхфазный двигатель максимально эффективно работал в однофазной сети, применяют относительно сложный электронный преобразователь, который называют — инвертор. Структурная схема инвертора представлена ниже на (Рис.4).

Рис.4 Структурная схема инверторного преобразователя

Данный преобразователь имеет ярко выраженное звено постоянного тока. Переменное напряжение сети преобразуется при помощи диодного моста в постоянное, сглаживается индуктивностью (L) и ёмкостью (C), термистор (NTC) служит для защиты схемы от токовых перегрузок. Индуктивность и ёмкость в выпрямителе служат также фильтром, который защищает сеть от пульсаций при коммутации двигателя.

От переменной сети так же работает импульсный блок питания, который формирует пониженное постоянное напряжение различных значений для питания системы управления. С выхода выпрямителя постоянное напряжение поступает на силовую часть инвертора построенную на IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором ). На структурной схеме IGBT позиционированы как Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. В корпус данных транзисторов интегрирован диод включённый между цепью эмиттера и коллектора, который защищает транзистор от излишних токовых перегрузок возникающих при коммутации обмоток электродвигателя.

В инверторе осуществляется преобрaзовaние постоянного нaпряжения в трехфaзное (или однофaзное) импульсное нaпряжение изменяемой aмплитуды и чaстоты. По сигнaлaм системы упрaвления, кaждaя обмоткa электрического двигaтеля подсоединяется через соответствующие силовые трaнзисторы инверторa к положительному и отрицaтельному полюсaм звенa постоянного токa. Сигналы управления поступают на затворы транзисторов с драйверов (микросхем управления) IR1, IR2, IR3.

Сигнал на драйверы приходит с цифрового сигнального процессора ( DSP-Digital signal processor ) системы управления. Такие процессоры специально разработаны для управления двигателями. Длительность подключения кaждой обмотки в пределaх периодa следовaния импульсов модулируется по синусоидaльному зaкону. Чем выше частота преключения транзисторов, тем выше скорость вращения ротора трёхфазного двигателя, поэтому этот метод управления двигателя называют частотным.

Реверсивное вращение двигателя осуществляется за счёт изменения порядка включения транзисторов инвертора.

Алгоритм системы управления двигателем заложен в цифровом сигнальном процессоре.

Тахогенератор (Т) (Рис.4) расположенный на валу двигателя является звеном обратной связи между двигателем и блоком управления, благодаря чему, поддерживается необходимая стабильная скорость вращения двигателя на различных этапах работы стиральной машины. По сигналу с тахогенератора определятся дисбаланс барабана на стадии отжима, а в некоторых моделях стиральных машин происходит даже примерное взвешивание белья, за счёт сравнения характера сигналов тахогенератора при пустом и заполненным бельём барабане.

Подобные критерии сигналов тахогенератора, записаны в программе процессора системы управления двигателем или в микросхеме памяти блока управления.

В качестве дополнения, ко всему описанному в этом пункте, представим внешний вид и расположение некоторых компонентов инверторных блоков управления для стиральных машин.

Существует три основных вида:

1.Единый блок управления (инвертор и управление остальными элементами стиральной машины совмещены в общий модуль) (Фото 1)

2.Отдельный блок для управления 3-х фазным двигателем (Фото 2)

3.Блок управления (инвертор) расположен на самом двигателе

4.Диагностика трёхфазных асинхронных двигателей.

Рис.6 Схема соединения частей трёхфазного двигателя с контактной колодкой

Сразу хочется отметить, что трёхфазные асинхронные двигатели стиральных машин довольно надёжные. В практике ремонта стиральных машин, известно крайне мало случаев выхода из строя подобных двигателей. Большая часть неисправностей связанная с некорректной работой двигателей, заключается в неисправности самой системы управления. При неисправности системы управления, двигатель может вращаться рывками или наблюдается нестабильная частота вращения ротора, а иногда он вовсе не вращается. Блок управления трёхфазным двигателем может быть выполнен в виде отдельного модуля или совмещён с общим модулем управления стиральной машины.

На (рис.4) приведена лишь структурная схема инверторного преобразователя, на самом деле принципиальная схема инвертора намного сложнее и содержит в себе микропроцессорную систему, операционные усилители, оптические развязки и т.п.

Невозможно полноценно проверить работоспособность или напрямую включить трёхфазной двигатель стиральной машины без подключения к электронной схеме.

При помощи мультиметра представляется возможным проверить лишь целостность цепи обмоток статора двигателя, пробой обмоток на корпус, электрическое сопротивление катушки тахогенератора и тепловое защитное устройство.

5. Преимущество и недостатки трёхфазных двигателей в стиральных машинах

К преимуществу трёхфазных двигателей перед коллекторными и однофазными асинхронными двигателями можно отнести низкий уровень шума и высокий КПД двигателя, а также простоту конструкции и большой эксплуатационный ресурс. Благодаря импульсно-частотной электронной схеме управления достигается широкий диапазон и точность регулирования частоты вращения ротора двигателя. При сравнительно небольших габаритах обладает большой мощностью.

К недостаткам стоит отнести лишь сложную электронную систему управления двигателем.

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 прямого проводника с постоянным током

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.

Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени

Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)

Вращающееся магнитное поле

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.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

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.

Короткозамкнутый ротор «беличья клетка» наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)

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.

Вращающееся магнитное поле пронизывающее короткозамкнутый ротор

Магнитный момент действующий на ротор

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<n₁. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения n_s=n₁-n₂. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:

• где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
• n₁ – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
• n₂ – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n₂ = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.

Преобразование энергии

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Трехфазный асинхронный двигатель: типы, работа и применение

Двигатель используется для преобразования электрической формы энергии в механическую. По типу питания двигатели подразделяются на двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. В сегодняшнем посте мы обсудим различных типа трехфазных асинхронных двигателей с их работой и применением.

Асинхронный двигатель , особенно трехфазные асинхронные двигатели , широко используются в двигателях переменного тока для производства механической энергии в промышленности. Почти 80% двигателей составляют трехфазные асинхронные двигатели среди всех двигателей, используемых в промышленности. Таким образом, асинхронный двигатель является наиболее важным двигателем среди всех других типов двигателей.

Что такое трехфазный асинхронный двигатель?

Трехфазный асинхронный двигатель — это тип асинхронного двигателя переменного тока, который работает от трехфазного питания, в отличие от однофазного асинхронного двигателя, где для его работы требуется однофазное питание. Трехфазный ток питания создает электромагнитное поле в обмотке статора, что приводит к возникновению крутящего момента в обмотке ротора трехфазного асинхронного двигателя, имеющего магнитное поле.

• Сообщение по теме: Однофазный асинхронный двигатель — конструкция, работа, типы и области применения

Содержание

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Конструкция асинхронного двигателя очень проста и надежна. Он состоит в основном из двух частей;

• Статор
• Ротор

Статор

Как следует из названия, статор является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного двигателя состоит из трех основных частей;

• Рама статора
• Сердечник статора
• Обмотка статора

Рама статора

Рама статора — это внешняя часть двигателя. Функция рамы статора заключается в обеспечении поддержки сердечника статора и обмотки статора.

Придает механическую прочность внутренним частям двигателя. Рама имеет ребра на внешней поверхности для отвода тепла и охлаждения двигателя.

Рама отливается для небольших машин и изготавливается для больших машин. В зависимости от области применения рама изготавливается из литой под давлением или сборной стали, алюминия/алюминиевых сплавов или нержавеющей стали.

• По теме: Машина постоянного тока — конструкция, работа, типы и применение

Сердечник статора

Сердечник статора предназначен для переноса переменного магнитного потока, который создает гистерезис и потери на вихревые токи. Для минимизации этих потерь сердечник прокатывается штамповками из высококачественной стали толщиной от 0,3 до 0,6 мм.

Эти штамповки изолированы друг от друга лаком. Все штамповки штампуют вместе по форме сердечника статора и закрепляют его с корпусом статора.

Внутренний слой сердечника статора имеет несколько пазов.

Обмотка статора

Обмотка статора размещается в пазах статора, имеющихся внутри сердечника статора. В качестве обмотки статора размещена трехфазная обмотка. И трехфазное питание подается на обмотку статора.

Количество полюсов двигателя зависит от внутреннего соединения обмотки статора и определяет скорость двигателя. Если количество полюсов больше, скорость будет меньше, а если количество полюсов меньше, скорость будет выше. Полюса всегда парные. Поэтому общее количество полюсов всегда четное число. Соотношение между синхронной скоростью и числом полюсов показано в приведенном ниже уравнении 9.0005

N _S = 120 f / P

Где;

• f = Частота питания
• P = общее количество полюсов
• N _с = синхронная скорость

В качестве конца обмотки, подключенного к клеммной коробке. Следовательно, в клеммной коробке имеется шесть клемм (по две на каждую фазу).

В зависимости от применения и типа пуска двигателей, обмотка статора соединяется звездой или треугольником и осуществляется соединением клемм в клеммной коробке.

• По теме: Серводвигатель — типы, конструкция, работа, управление и применение

Ротор

Как следует из названия, ротор представляет собой вращающуюся часть двигателя. По типу ротора асинхронный двигатель классифицируется как;

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• Асинхронный двигатель с фазной обмоткой (ротор с обмоткой) / асинхронный двигатель с контактными кольцами

Конструкция статора одинакова для обоих типов асинхронных двигателей. Мы обсудим типы роторов, используемых в трехфазных асинхронных двигателях, в следующем разделе, посвященном типам трехфазных асинхронных двигателей.

Типы трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазные двигатели классифицируются в основном на две категории в зависимости от обмотки ротора (обмотка катушки якоря), т.е. с короткозамкнутым ротором и контактным кольцом (двигатель с фазным ротором).

• Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• Асинхронный двигатель с контактным кольцом или фазным ротором

По теме: Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) — конструкция, принцип работы и области применения

Асинхронный двигатель с беличьей клеткой

Форма этого ротора напоминает форму клетки белки. Поэтому этот двигатель известен как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Конструкция этого типа ротора очень проста и прочна. Таким образом, почти 80% асинхронных двигателей представляют собой асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Ротор состоит из цилиндрического многослойного сердечника и имеет прорези на внешней периферии. Прорези не параллельны, а скошены под некоторым углом. Это помогает предотвратить магнитную блокировку между зубьями статора и ротора. Это приводит к плавной работе и уменьшает гудящий шум. Увеличивается длина проводника ротора, за счет этого увеличивается сопротивление ротора.

Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из стержней ротора вместо обмотки ротора. Стержни ротора изготовлены из алюминия, латуни или меди.

Стержни ротора постоянно закорочены концевыми кольцами. Таким образом, он делает полный замкнутый путь в цепи ротора. Стержни ротора приварены или закреплены с торцевыми кольцами для обеспечения механической поддержки.

Стержни ротора закорочены. Поэтому нельзя добавлять внешнее сопротивление в цепь ротора.

В этом типе ротора контактные кольца и щетки не используются. Следовательно, конструкция этого типа двигателя проще и надежнее.

• Связанный пост: Шаговый двигатель — типы, конструкция, работа и применение

Асинхронный двигатель с фазным ротором или фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором также известны как двигатель с фазным ротором . Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника с прорезями на внешней периферии. Обмотка ротора размещена внутри пазов.

В этом типе ротора обмотка ротора намотана таким образом, что число полюсов обмотки ротора равно числу полюсов обмотки статора. Обмотка ротора может быть соединена звездой или треугольником.

Концевые выводы обмоток ротора соединены с контактными кольцами. Таким образом, этот двигатель известен как асинхронный двигатель с контактными кольцами.

Внешнее сопротивление легко соединяется с цепью ротора через токосъемное кольцо и щетки. И это очень полезно для управления скоростью двигателя и улучшения пускового момента трехфазного асинхронного двигателя.

Электрическая схема трехфазного асинхронного двигателя с контактными кольцами и внешним сопротивлением показана на рисунке ниже.

Внешнее сопротивление используется только для запуска. Если он останется подключенным во время работы, это увеличит потери в меди ротора.

Высокое сопротивление ротора благоприятно для пусковых условий. Таким образом, внешнее сопротивление связано с цепью ротора в начальном состоянии.

Когда скорость двигателя близка к фактической скорости, токосъемные кольца замыкаются металлическим кольцом. При таком расположении щетки и внешнее сопротивление удаляются из цепи ротора.

Уменьшает потери меди в роторе, а также трение в щетках. Конструкция ротора немного сложнее по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором из-за наличия щеток и контактных колец.

Техническое обслуживание этого двигателя больше. Таким образом, этот двигатель используется только тогда, когда требуется регулирование скорости и высокий пусковой момент. В остальном асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором более предпочтителен, чем асинхронный двигатель с контактными кольцами.

• Запись по теме: Расчет сечения кабеля для двигателей LT и HT

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Обмотки статора перекрывают друг друга под углом 120˚ (электрически). Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, в цепи статора индуцируется вращающееся магнитное поле (ВМП).

Скорость вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью (N _S ).

Согласно закону Фарадея ЭДС, индуцируемая в проводнике из-за скорости изменения потока (dΦ/dt). Цепь ротора отсекает магнитное поле статора и ЭДС, индуцируемую в стержне или обмотке ротора.

Цепь ротора замкнута. Значит, за счет этой ЭДС по цепи ротора будет протекать ток.

Теперь мы знаем, что проводник с током индуцирует магнитное поле. Итак, ток ротора индуцирует второе магнитное поле.

Относительное движение между потоком статора и потоком ротора, ротор начинает вращаться, чтобы уменьшить причину относительного движения. Ротор пытается поймать поток статора и начинает вращаться.

Направление вращения определяется законом Ленца. И находится в направлении вращающегося магнитного поля, индуцируемого статором.

Здесь ток ротора создается за счет индуктивности. Поэтому этот двигатель известен как асинхронный двигатель.

Скорость ротора меньше скорости синхронной скорости. Ротор пытается поймать вращающееся магнитное поле статора. Но никогда не ловит. Следовательно, скорость ротора немного меньше скорости синхронной скорости.

Синхронная скорость зависит от количества полюсов и частоты сети. Разница между фактической скоростью вращения ротора и синхронной скоростью называется скольжением.

• Запись по теме: КПД двигателя и как его повысить?

Почему скольжение асинхронного двигателя никогда не равно нулю?

Когда фактическая скорость ротора равна синхронной скорости, скольжение равно нулю. Для асинхронного двигателя это условие никогда не наступит.

Потому что, когда скольжение равно нулю, обе скорости равны и нет относительного движения. Следовательно, в цепи ротора не возникает ЭДС, и ток ротора равен нулю. Следовательно, двигатель не может работать.

Асинхронный двигатель широко используется в промышленности. Потому что преимуществ у него больше, чем недостатков.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Преимущества асинхронных двигателей перечислены ниже:

• Конструкция двигателя очень проста и надежна.
• Работа асинхронного двигателя очень проста.
• Может работать в любых условиях окружающей среды.
• КПД двигателя очень высокий.
• Обслуживание асинхронного двигателя меньше по сравнению с другими двигателями.
• Это двигатель с одним возбуждением. Следовательно, ему нужен только один источник источника. Он не требует внешнего источника постоянного тока для возбуждения, как синхронный двигатель.
• Асинхронный двигатель является двигателем с автоматическим запуском. Таким образом, для нормальной работы не требуется никаких дополнительных вспомогательных устройств для пуска.
• Стоимость этого двигателя намного меньше по сравнению с другими двигателями.
• Срок службы этого двигателя очень высок.
• Реакция якоря меньше.

Связанная публикация: Прямой онлайн-пускатель — схема подключения пускателя DOL для двигателей

Недостатки

Недостатки двигателя перечислены ниже;

• При легкой нагрузке коэффициент мощности очень мал. И потребляет больше тока. Таким образом, потери в меди больше, что снижает эффективность в условиях легкой нагрузки.
• Пусковой момент данного двигателя (асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором) не менее.
• Асинхронный двигатель с постоянной скоростью. Для приложений, где требуется переменная скорость, этот двигатель не используется.
• Управление скоростью этого двигателя затруднено.
• Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой ток. Это вызывает снижение напряжения во время запуска.

• Запись по теме: Что такое стартер двигателя? Типы пускателей двигателей и методы пуска двигателей

Применение трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель в основном используется в промышленности. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором используются в жилых и промышленных помещениях, особенно там, где не требуется регулирование скорости двигателей, таких как:

• Насосы и погружные насосы
• Пресс-машина
• Токарный станок
• Шлифовальный станок
• Конвейер
• Мельницы
• Компрессор
• И другие устройства с низкой механической мощностью

Двигатели с контактными кольцами используются в приложениях с большой нагрузкой, где требуется высокий начальный крутящий момент, например:

• Сталелитейные заводы
• Лифт
• Крановая машина
• Подъемник
• Линейные валы
• и другие тяжелые механические мастерские и т. д.

Похожие сообщения:

• Почему мощность двигателя указана в кВт, а не в кВА?
• Разница между однофазным и трехфазным асинхронным двигателем
• Символы электродвигателей
• Пускатель звезда-треугольник для двигателя с таймером
• Пускатель звезда-треугольник для двигателя без таймера
• Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы управления напряжением, реостатом и магнитным потоком
• Привод переменного тока – Работа и типы электрических приводов и ЧРП
• Привод постоянного тока – Работа и типы приводов постоянного тока

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Эта статья и видео будут посвящены основам трехфазного асинхронного двигателя переменного тока, одного из наиболее распространенных на сегодняшний день типов промышленных электродвигателей. В этом обзоре объясняется, что такое трехфазная мощность, как работает закон Фарадея, основные компоненты асинхронного двигателя и влияние числа полюсов статора на номинальную скорость и крутящий момент двигателя.

Вы также можете посмотреть видео ниже с обзором трехфазных асинхронных двигателей переменного тока.

Что такое трехфазное питание?

Первое понятие, которое нам нужно понять о трехфазном асинхронном двигателе, — это первая часть его названия — трехфазная мощность. Однофазный источник питания использует два провода для обеспечения синусоидального напряжения. В трехфазной системе три провода используются для обеспечения одинакового синусоидального напряжения, но каждая фаза сдвинута на 120°. В любой момент времени, если вы суммируете напряжение каждой фазы, сумма будет постоянной. Однофазное питание подходит для бытовых или других маломощных приложений, но трехфазное питание [JS2] обычно требуется для промышленных или более мощных приложений. Это связано с тем, что он может передавать в три раза больше энергии, используя только в 1,5 раза больше проводов. Это обеспечивает более эффективное и экономичное электроснабжение.

Что такое закон Фарадея?

Еще один принцип, лежащий в основе асинхронных двигателей переменного тока, исходит из закона Фарадея. Британский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что изменяющееся магнитное поле может индуцировать ток и, наоборот, ток может индуцировать магнитное поле. Используя правило правой руки, вы можете предсказать направление магнитного поля. Для этого представьте, что вы берете прямой провод, направив большой палец в направлении тока. Ваши пальцы будут вращаться в направлении линий магнитного потока.

Демонстрация правила правой руки с маркером в руке.

Компоненты асинхронного двигателя

Асинхронный или асинхронный двигатель состоит из двух основных компонентов: статора и ротора. Статор состоит из внешних обмоток или магнитов и является неподвижным. Статор неподвижен. Ротор — это внутренний сердечник, и это то, что на самом деле вращается в двигателе. Ротор вращается.

A Трехфазный асинхронный двигатель KEB – ротор внутри статора.

Конструкция с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенным типом асинхронных двигателей, поскольку они самозапускающиеся, надежные и экономичные. В этой конструкции ротор похож на колесо хомяка или «беличью клетку», отсюда и название. Ротор состоит из внешнего цилиндра из металлических стержней, закороченных на концах. Внутренняя часть состоит из вала и цельного сердечника, построенного из стальных пластин.

Как это работает

Чтобы получить крутящий момент на валу двигателя, через статор подается ток. Это создает вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток в роторе. Из-за этого индуцированного тока ротор также создает магнитное поле и начинает следовать за статором из-за магнитного притяжения. Ротор будет вращаться медленнее, чем поле статора, и это называется «скольжением». Если бы ротор вращался с той же скоростью, что и статор, ток не индуцировался бы, следовательно, не было бы крутящего момента. Разница в скорости колеблется от 0,5 до 5% в зависимости от обмотки двигателя.

Обмотки и полюса

Трехфазные двигатели доступны в конфигурациях с 2, 4, 6, 8 и более полюсами. Количество полюсов в обмотках определяет идеальную скорость двигателя. Двигатель с большим числом полюсов будет иметь более низкую номинальную скорость, но более высокий номинальный крутящий момент. Из-за этого двигатели с большим числом полюсов иногда называют моментными двигателями, и их можно использовать для замены двигателя с редуктором. Идеальное соотношение между количеством полюсов, частотой и скоростью определяется следующим: 

Зависимость между числом полюсов и частотой вращения асинхронного двигателя.

Преимущества асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели обладают многими преимуществами, включая снижение начальных затрат и затрат на техническое обслуживание. Из-за своей базовой экономичной конструкции асинхронные машины обычно стоят меньше, чем синхронные двигатели и двигатели постоянного тока. Это делает их идеальным выбором для промышленных приложений с фиксированной скоростью, таких как ветроэнергетика и генераторы ветряных турбин.

Абсолютная простота асинхронных двигателей также упрощает техническое обслуживание и делает его менее частым, что со временем снижает эксплуатационные расходы. Эта экономическая эффективность дает асинхронным машинам значительное преимущество перед синхронными двигателями и двигателями постоянного тока, которые имеют множество дополнительных компонентов, таких как контактные кольца, коллекторы и щетки.

Долговечность — еще одна сильная сторона асинхронных двигателей. Эти прочные машины могут работать в течение нескольких лет при минимальном внимании и техническом обслуживании даже в сложных условиях. Отсутствие щеток (и искр) позволяет асинхронным двигателям безопасно работать во взрывоопасных или других условиях окружающей среды, создавая гибкое решение для нефтегазовой отрасли, обработки материалов и многого другого.

Трехфазные асинхронные двигатели также обладают уникальными преимуществами, в том числе моментом самозапуска. Эта функция устраняет необходимость в пусковых конденсаторах, которые обычно требуются для однофазного двигателя. Трехфазные машины также обеспечивают исключительную регулировку скорости и перегрузочную способность, что делает их пригодными для широкого спектра применений.

Применение трехфазных асинхронных двигателей переменного тока

Преобразовывая электрическую энергию в механическую, трехфазные асинхронные двигатели переменного тока могут приводить в действие огромное количество компонентов — от насосов и вентиляторов до компрессоров и конвейеров — в промышленные или более мощные приложения.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока представляют собой недорогой выбор премиум-класса для простых односкоростных приложений. Сюда входят поворотные столы, конвейеры для обработки материалов, промышленные вентиляторы и другие простые системы.

Трехфазные асинхронные двигатели также хорошо подходят для приложений электронной мобильности, включая коммерческие электрические и гибридные автомобили. Асинхронные двигатели минимизируют затраты и потенциальные точки отказа горнодобывающего и сельскохозяйственного оборудования, грузовиков и школьных автобусов, а также оптимизируют характеристики управления двигателем, обеспечивая комплексное решение для машиностроителей eMobility.

Заключение

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока состоят из статора и ротора. Во время работы через статор проходит ток, который индуцирует магнитное поле и приводит во вращение ротор. Скорость вращения вала и приложенный крутящий момент зависят от рабочей частоты и количества пар полюсов в обмотках двигателя. Если вы заинтересованы в нашей линейке асинхронных двигателей, мотор-редукторов или даже серводвигателей, свяжитесь с инженером по применению KEB с помощью контактной формы ниже.