Кто изобрел асинхронный двигатель: Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель

Дмитрий Левкин

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это асинхронный электродвигатель, у которого ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки [1].

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.

Запустить

Остановить

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

Запустить

Остановить

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 времениТок протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)

Запустить

Остановить

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.

Запустить

Остановить

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 переменный ток

Электрическая сеть трехфазного переменного тока получила наиболее широкое распространение среди электрических систем передачи энергии. Главным преимуществом трехфазной системы по сравнению с однофазной и двухфазной системами является ее экономичность. В трехфазной цепи энергия передается по трем проводам, а токи текущие в разных проводах сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, при этом синусоидальные ЭДС на разных фазах имеют одинаковую частоту и амплитуду.

Трехфазный ток (разница фаз 120°)

Звезда и треугольник

Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).

Фазное напряжение — разница потенциалов между началом и концом одной фазы. Другое определение для соединения «звезда»: фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы «треугольник» отсутствует нейтраль).

Линейное напряжение — разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Внимание: Несмотря на то, что мощность для соединений в звезду и треугольник вычисляется по одной формуле, подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Пример: Допустим электродвигатель был подключен по схеме «звезда» к трехфазной сети переменного тока U_л=380 В (соответственно U_ф=220 В) и потреблял ток I_л=1 А. Полная потребляемая мощность:

S = 1,73∙380∙1 = 658 Вт.

Теперь изменим схему соединения на «треугольник», линейное напряжение останется таким же U_л=380 В, а фазовое напряжение увеличится в корень из 3 раз U_ф=U_л=380 В. Увеличение фазового напряжения приведет к увеличению фазового тока в корень из 3 раз. Таким образом линейный ток схемы «треугольник» будет в три раза больше линейного тока схемы «звезда». А следовательно и потребляемая мощность будет в 3 раза больше:

S = 1,73∙380∙3 = 1975 Вт.

Таким образом, если двигатель рассчитан на подключение к трехфазной сети переменного тока по схеме «звезда», подключение данного электродвигателя по схеме «треугольник» может привести к его поломке.

Если в нормальном режиме электродвигатель подключен по схеме «треугольник», то для уменьшения пусковых токов на время пуска его можно соединить по схеме звезда. При этом вместе с пусковым током уменьшится также пусковой момент.

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Обозначение выводов статора трехфазного электродвигателя

Обозначение выводов обмоток статора вновь разрабатываемых трехфазных машин согласно ГОСТ 26772-85 [2]

Обозначение выводов обмоток статора ранее разработанных и модернизируемых трехфазных машин согласно ГОСТ 26772-85

Подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети с помощью фазосдвигающего элемента

Трехфазные асинхронные электродвигатели могут быть подключены к однофазной сети с помощью фазосдвигаюших элементов. При этом электродвигатель будет работать либо в режиме однофазного двигателя с пусковой обмоткой (рисунок а, б, г) либо в режиме конденсаторного двигателя с постоянно включенным рабочим конденсатором (рисунок в, д, е).

Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети

Схемы приведенные на рисунке «а», «б», «д» применяются, когда выведены все шесть концов обмотки. Электродвигатели с соединением обмоток согласно схемам «а», «б», «г» практически равноценны двигателям, которые спроектированы как однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой. Номинальная мощность при этом состовляет 40-50% от мощности в трехфазном режиме, а при работе с рабочим конденсатором 75-80%.

Емкость рабочего конденсатора при частоте тока 50 Гц для схем «в», «д», «е» примерно рассчитывается соответственно по формулам:

• ,где C_раб — емкость рабочего конденсатора, мкФ,
• I_ном – номинальный (фазный) ток статора трехфазного двигателя, А,
• U₁ – напряжение однофазной сети, В.

Варианты подключения асинхронного электродвигателя с помощью магнитного пускателя (слева), устройства плавного пуска (посеридине) и частотного преобразователя (справа). Схемы представлены в упрощенном виде.
FU1-FU9 — плавкие предохранители, KK1 — тепловое реле, KM1 — магнитный пускатель, L1-L3 — контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока, M1-M3 — асинхронные электродвигатели, QF1-QF3 — автоматические выключатели, UZ1 — устройство плавного пуска, UZ2 — преобразователь частоты

Прямое подключение к сети питания

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными электродвигателями путем непосредственного подключения двигателя к сети переменного тока.

С помощью магнитных пускателей можно реализовать схему:

• нереверсивного пуска: пуск и остановка;
• реверсивного пуска: пуск, остановка и реверс.

Использование теплового реле позволяет осуществить защиту электродвигателя от величин тока намного превышающих номинальное значение.

Нереверсивная схема

Нереверсивная схем

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ — Студопедия

Асинхронными называются двигатели, у которых частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного по­ля статора при прохождении в его обмотках трехфазного тока.

При прохождении в обмотках статора трехфазной машины трех­фазного тока возникает вращающееся магнитное поле, под дей­ствием которого в роторе индуктируется электрический ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, индуктируемыми в проводниках ротора, возни­кает механическое усилие, действующее на проводник с током, ко­торое и создает вращающий момент, приводящий в движение ро­тор. При этом частота вращения ротора у асинхронного двигате­ля всегда меньше частоты вращения вращающегося магнитного поля статора за счет скольжения ротора, которое у современных двигателей составляет примерно 2—5%.

Таким образом асинхронный двигатель получает энергию, под­водимую к ротору вращающимся магнитным потоком (индуктив­но), в отличие от двигателей постоянного тока, у которых энер­гия подводится по проводам. Асинхронные двигатели в отличие от синхронных возбуждаются переменным током.

Асинхронный двигатель, как и синхронный, состоит из двух основных частей: статора с обмотками фаз, по которым про­ходит трехфазный переменный ток, и ротора, ось которого уло­жена в подшипниках. Ротор может быть короткозамкнутым и фазным (рис. 170).

Короткозамкнутый ротор (рис. 170, в) представляет собой ци­линдр, по окружности которого параллельно его оси расположены проводники, замкнутые между собой с обеих сторон ротора коль­цами (в виде беличьего колеса).

Асинхронный двигатель с таким ротором называется короткозамкнутым. К его недостаткам относятся: малый пу­сковой момент и большой ток в обмотках статора при пуске. Ес­ли хотят увеличить пусковой момент или уменьшить пусковой ток, применяют асинхронные двигатели с фазным ротором (рис. 170, г). У этих двигателей на роторе размещают такую же обмотку, как и на статоре. При этом концы обмоток соединяют с контактными кольцами (рис. 170, д), расположенными на валу двигателя. Контактные кольца при помощи щеток соединяются с пусковым реостатом.

Для пуска двигателя в питающую цепь включают статор, по­сле чего постепенно выводят из цепи ротора сопротивление пуско­вого реостата. Когда двигатель пущен, контактные кольца при помощи контактов пускателя замыкаются накоротко,

Продольный разрез асинхронного электродвигателя с фазным ротором

На рис. 171 показан продольный разрез асинхронного двигате­ля с фазным ротором. В корпусе 6 статора помещена обмотка 5, уложенная в пазы 4 стали статора. В пазах 2 стали ротора лежит обмотка 3 ротора.

Пуск в ход электродвигателя с короткозамкнутым ротором может быть осуществлен непосредственным включением пускателя па полное рабочее напряжение цепи (способ прямого пуска). Однако вследствие резкого возрастания индуктируемой э. д. с. и пускового тока напряжение в цели в пусковой момент снижается, что отрицательно сказывается на работе приводного двигателя и других потребителей, питающихся от этой цепи.

В случае большого пускового тока для его уменьшения асин­хронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно пускают двумя способами: переключением обмоток статора в момент пуска со звезды на треугольник, если обмотки статора при нормальной работе электродвигателя соединены треугольником, или вклю­чением электродвигателя через пусковой реостат (или авто­трансформатор) в цепи статора.

Остановка электродвигателя производится выключением контактора. После остановки электродвигателя пусковой реостат или автотрансформатор полностью вводится. Частоту вращения асинхронных двигателей регулируют, изменяя сопротивление реостата, включенного в цепь ротора (у электродвигателей с фазным ротором), и переключая статорные обмотки для изменения числа пар полюсов (у электродвигателей с короткозамкнутым ротором).

Изменение направления вращения асинхронных электродвига­телей достигается изменением направления вращающегося маг­нитного поля статора путем переключения любых двух из трех фаз обмотки статора (с помощью проводов, соединяющих зажимы статорной обмотки с цепью) при помощи обычного двухполюсного переключателя.

Асинхронные двигатели просты по конструкции, обладают по сравнению с двигателями постоянного тока меньшими размерами и массой, вследствие чего они значительно дешевле. Кроме того, они более надежны в эксплуатации, требуют меньшего внима­ния при обслуживании из-за отсутствия у них вращающегося кол­лектора и щеточного аппарата; они обладают более высоким к. п. д., аппаратура управления ими значительно проще и дешевле, чем у двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели работают без искрообразования, которое возможно в машинах постоянного тока с нарушенной коммутацией, поэтому они более безопасны в пожарном отношении.

Перечисленными основными преимуществами асинхронных дви­гателей объясняется современная тенденция повсеместного внедрения переменного тока на морских судах. Следует отметить, что в промышленности асинхронные двигатели давно завоевали господствующее положение по сравнению с другими типами электродвигателей.

Асинхронные двигатели строятся мощностью от долей киловатта до многих тысяч киловатт. На судах морского флота в основном применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые выпускаются в водозащищенном и брызгозащищенном исполнении и рассчитаны па напряжение 380/220 В.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается принцип действия генератора постоянного тока?

2. Из каких основных частей состоит электрическая машина постоянного тока и каково их назначение?

3. Как разделяются машины постоянного тока по исполнению?

4. Каков принцип действия двигателя постоянного тока?

5. Каковы основные правила обслуживания электрических машин постоянного тока?

6. Какие машины называются синхронными и каков принцип их действия?

7. Для чего служат трансформаторы, каковы их устройство и принцип действия?

8. Какие двигатели называются асинхронными и каков принцип их действия?

9. Как подразделяются асинхронные двигатели по конструкции ротора?

История изобретения электродвигателя | Великие открытия человечества

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток.

Майкл Фарадей

Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первый электродвигатель постоянного тока Б.С. Якоби

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

устройство и принцип работы, преимущества и недостатки механизма, особенности пуска

Асинхронный двигатель — это асинхронное устройство, предназначенное для преобразования с минимальными потерями электрической энергии переменного тока в механическую энергию, необходимую для запуска работающих на этом двигателе приборов. Чтобы иметь более ясное представление о принципе работы асинхронных двигателей, необходимо познакомиться с устройством этого прибора, а также узнать, какие типы этих машин существуют на сегодняшний день.

История изобретения

Принцип магнетизма вращения был открыт еще в 1824 году французским физиком Д. Ф. Арагоном. В результате своих экспериментов, ученый обнаружил, что можно привести в движение медный диск, закрепленный на вертикальную ось, воздействуя на него постоянным магнитом.

Работу над трудами Арагона продолжил английский физик Уильям Бейли в 1879 году. В своих экспериментах он воздействовал на медный диск четырьмя электромагнитами, подключенными к источнику постоянного тока.

Однако законченную формулировку этому явлению дали в 1888 году итальянский физик Феррарис и Никола Тесла, работавшие независимо друг от друга.

В 1888 году Тесла представил миру свой первый опытный образец асинхронного двигателя. Однако широкое применение он не получил из-за низких технических показателей в момент запуска двигателя. Современная конструкция вращающего трансформатора, в том виде, в котором мы знаем его сегодня, была разработана французским инженером П. Бушеро, разработавшем аналог современного асинхронного двигателя.

Устройство асинхронного двигателя

Любой электродвигатель, независимо от мощности и габаритов, состоит из следующих элементов:

• Статор;
• Ротор;
• Катушки статора и ротора;
• Магнитопровод.

В основе устройства асинхронных двигателей лежит правило левой руки буравчика, которое демонстрирует взаимодействие магнитного поля и проводника, а также задает направление вращения электродвигателя.

Вторым законом, заложенным в устройство и работу вращающих трансформаторов, является закон электромагнитной индукции Фарадея, который гласит:

1. Электродвижущая сила, или сокращенно ЭДС, наводится в обмотке устройства, но электромагнитный поток постоянно изменяется во времени;
2. Электродвижущая сила изменяется в зависимости от изменения во времени электромагнитного потока.
3. ЭДС и электрический ток имеют противоположное направление движения.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип работы и скольжения в асинхронных машинах переменного тока предельно прост. В электрической обмотке статора, при подаче на нее напряжения, создается магнитное поле. При подаче напряжения переменного тока происходит изменения магнитного потока, создаваемого статором.

Таким образом, магнитное поле статора изменяется и магнитные потоки поступают на ротор, что приводит его в действие и заставляет вращаться. Однако для обеспечения асинхронной работы статора и ротора необходимо чтобы магнитный поток и напряжение статора было равно по величине переменному току.

Это обеспечит возможность ее работы исключительно от источника переменного тока.

Область применения индукционных генераторов достаточно широка. Их используют для обеспечения резервным источником электрического питания небольших магазинчиков и частных домов. Это одни из самых дешевых и простых в установке и эксплуатации типов радиаторов.

В последние годы все активнее индукционные генераторы применяются во многих странах по всему миру, в которых существует проблема, связанная с постоянными перепадами напряжения в электрической сети.

В процессе работы генератора, ротор приводится в движение благодаря дизельному двигателю небольшой мощности, подключенному к асинхронному генератору.

Принцип вращения ротора

Принцип работы ротора основан на электромагнитном законе Фарадея. Вращается он благодаря воздействию электродвижущей силы, возникающей в результате взаимодействия магнитных потоков и обмотки ротора.

На деле это выглядит так: между статором, ротором и их обмотками существует некий зазор, сквозь который проходит вращающийся магнитный поток.

В результате этого в проводниках ротора возникает напряжение, которое и является причиной образования ЭДС.

Двигатели с замкнутой цепью роторных проводников работают немного иначе. В этих типах двигателей используются короткозамкнутые роторы, в которых направление движения тока и электродвижущей силы задается правилом Ленца, согласно которому ЭДС противодействует возникновению тока. Вращение ротора происходит благодаря магнитному потоку, движущемуся между ним и неподвижным проводником.

Таким образом, для уменьшения относительной скорости, ротор начинает синхронное вращение с магнитным потоком на обмотке статора, стремясь к вращению в унисон. При этом частота электродвижущей силы ротора равняется частоте питания статора.

Гребневые асинхронные двигатели

Принцип подключения асинхронных двигателей

В любой момент времени работу асинхронного двигателя можно остановить. Для этого достаточно всего — лишь поменять местами любые два вывода статора.

Это может понадобиться при возникновении различного рода чрезвычайных ситуаций.

После этого происходит противофазное торможение, происходящее в результате изменения направления вращающегося потока, что прекращает подачу электропитания ротора.

Чтобы избежать возникновения такой ситуации, в однофазных асинхронных двигателях используют специальные конденсаторные устройства, подключающиеся к пусковой обмотке двигателя.

Однако перед использованием этих устройств, необходимо рассчитать оптимальные для работы параметры.

При этом следует учитывать, что мощность конденсаторов, используемых в одно- или двухфазных электрических машинах переменного тока, должна равняться мощности самого двигателя.

Принцип муфты

Рассматривая технические характеристики вращающихся трансформаторов переменного тока, применяемых в производстве промышленного оборудования, и их принцип действия, можно обнаружить аналогию с принципом работы вращающейся муфты механического сцепления.

Значение крутящего момента на валу привода должно соответствовать величине этого значения на ведомом валу. Помимо этого очень важно понимать, что эти два момента идентичны друг другу.

Поскольку линейный преобразователь приводится в движение под воздействием терния между дисков, находящихся внутри муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Плюсы и минусы асинхронных двигателей

Вращающие трансформаторы получили большую популярность благодаря своей универсальности, позволяющей использовать их во многих отраслях. Однако эти механизмы, как и любые другие устройства, имеют свои достоинства и недостатки. Давайте подробнее разберемся с каждым из них.

Достоинства вращающих трансформаторов переменного тока:

1. Простая конструкция двигателя;
2. Дешевая себестоимость приборов;
3. Высокие эксплуатационные характеристики;
4. Простое управление конструкцией;
5. Возможность работы в тяжелых условиях.

Высокая производительность асинхронных двигателей переменного тока достигается благодаря высокой мощности, потери которой минимизированы благодаря отсутствию трения в процессе их работы.

К недостаткам вращающих трансформаторов можно отнести:

1. Потеря мощности при изменении скорости.
2. Снижение крутящего момента при увеличении нагрузки.
3. Низкая мощность в момент запуска.

Источник: http://AutoBrains.ru/others/printsip-deystviya-asinhronnogo-dvigatelya/

Асинхронный электродвигатель: плюсы и минусы

Электродвигатель – это основной компонент различных видов промышленного оборудования. Например, после комплектации электродвигателем насоса изделие переходит в стадию агрегата. Каждый электродвигатель имеет конкретное условное обозначение.Оно формулируется в зависимости от таких параметров, как серия, вид, высота оси вращения, длина сердечника статора, установочный размер по длине станины, климатическое исполнение, число полюсов, исполнение двигателя по способу защиты от окружающей среды, категория размещения при эксплуатации, конструктивное исполнение, режим работы. Каждый производитель рано или поздно задаётся вопросом, какой именно двигатель ему предпочесть. Сегодня на рынке представлен большой ассортимент синхронных и асинхронных двигателей. Многие отдают предпочтение последним. В чём же их особенности?

Устройство асинхронного двигателя
В конце 19 века история человечества ознаменовалась одним из важнейших технических открытий, которое во многом определило ход технического прогресса. 1889 год ознаменовался изобретением трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и двигателя с фазным ротором.

Их создателем стал русский инженер и учёный С того момента именно трёхфазные электромоторы – самое распространённое оборудование данного класса в промышленности. Около 90% всех производителей в мире отдают предпочтение именно этому двигателю, а это во многом связано именно с покупательским интересом.

Можно смело утверждать, что именно этот тип двигателя ответственен за технический переворот в мировой промышленности.

Купить асинхронный электродвигатель

Заказать и купить асинхронный электродвигатель вы можете на нашем сайте. Актуальные цены на асинхронные электродвигатели также всегда доступны в разделе «Цены» нашего сайта.

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Его название происходит от слова «не одновременный». В данном случае это указывает на больший показатель частоты вращения магнитного поля по сравнению с частотой вращения ротора.

Однако для того, чтобы разобраться в системе его работы, необходимо подробнее изучить устройство. Три главные части двигателя – ротор, статор и корпус (кожух). Корпус выполняет защитную функцию. Он позволяет избежать появления повреждений на статоре и роторе.

Также на нем крепится подвижная и неподвижная часть асинхронного двигателя.

Статор – это неподвижная часть двигателя. Название элемента произошло от английского stator, которое указывает на латинское – sto – стоять. Его конструкция представлена станиной и магнитопроводом. С помощью пресса магнитопровод прикрепляется к станине и создаёт электромагнитное ядро.

Именно ядро отвечает за намагничивание всей машины и образует магнитное поле, которое непрерывно вращается. Конструкция представляет собой тонкие листы, штампованные из электротехнической листовой стали. Благодаря особому креплению листов магнитопровод имеет пазы и зубцы статора.

В целом магнитопровод не оказывает большое магнитное сопротивление магнитному потоку, а значит, последний увеличивается в асинхронном двигателе. Между статором и ротором имеется разделяющий их воздушный зазор. Ещё один элемент статора – это шихтованный сердечник. Он делается из статорных пластин.

Такое строение позволяет уменьшить потери от вихревых токов. Толщина электротехнической стали, которая используется в производстве данного элемента, колеблется между 0,28 и 1 мм. Листы изолирует друг от друга окалина. Если высота оси вращения сердечника – 50-132 мм, то в производстве применяется холоднокатаная нелегированная сталь.

Если высота оси больше (160-250 мм), то используется холоднокатаная слаболегированная сталь. Для двигателей с высотой оси вращения 280-355 мм подходит горячекатаная сталь. Если высота оси вращения двигателя 50-60 мм, то их можно скрепить скобами или сваркой.

А при высоте оси вращения 200-250 мм для скрепления используются исключительно скобы. Если высота оси вращения ещё больше, то листы сердечников соединяются с помощью пресса и кольцевых шпонок – именно так и образуется магнитопровод.

Соответственно, подвижный элемент асинхронного двигателя – это ротор. Чаще всего сегодня можно увидеть обмотку ротора под названием «беличья клетка».

Такое наименование системы связано с конструкцией короткозамкнутых колец, которые по внешнему виду напоминают колёса в беличьих клетках. Обмотка ротора состоит из латунных или медных стержней. Они вбиваются в пазы, а стержни привариваются к короткозамкнутым кольцам на торцах.

Серийные асинхронные двигатели, имеющие малую или среднюю мощность, делаются из алюминиевого сплава, обработанного под давлением.

Если у двигателя фазный ротор, то его обмотка по конструкции похожа на обмотку статора. Начало обмотки соединяется и изолируется.

Концы обмотки припаяны к контактным кольцам, к которым при желании можно подсоединить пуско-регулирующий реостат.

Так цепь ротора обретает дополнительное сопротивление, а значит у пользователя есть возможность регулировки частоты вращения и снижения пусковых токов.

Стандарты электромоторов
Чаще всего в зарубежной промышленности по установочным и присоединительным размерам выпускаются электромоторы стандартов CENELEK, DIN и IEC. В отечественной промышленности также можно встретить такие стандарты. При этом во втором случае хорошо сохраняется качество производства.

Например, по стандарту DIN изготавливаются такие серии двигателей, как IMM, RA, РА, AIS, ИММ, Y2, М2АА, АИС. Маркировку АИС можно встретить на отечественных электромоторах. В то же время сделан он по стандарту DIN. Основное отличие отечественного двигателя стандарта ГОСТ и импортных асинхронных двигателей в размере.

Двигатели ГОСТ, имея аналогичную мощность и частоту вращения вала, будут меньше по габаритам. А материалы и принцип работы будут одинаковы.

Многие покупатели отдают предпочтение европейским стандартам по причине возможности широкого выбора. Производства асинхронных двигателей сосредоточены в Германии, Италии, Австрии, Швеции и других европейских странах.

Также многим покупателям принципиально важно найти электродвигатели, чтобы применять их в узкоспециальных средах: для постоянного тока, тельферов, приводов станков с ЧПУ. Хотя некоторые отдают предпочтение отечественным электромоторам, так как купить их можно гораздо быстрее: не понадобится тратить время на заказ и доставку.

Кроме того, если электромотор вышел из строя или необходима замена деталей, то найти их будет гораздо проще.

В целом если Вы решили купить электродвигатель, то необходимо знать такие параметры, как обороты на выходе, мощность, габарит, посадочный размер по лапам или размер фланца, диаметр вала. Остальную информацию по выбору Вам подскажет консультант в любой компании.

Применение асинхронного электродвигателя
Электродвигатель асинхронный нашёл широкое применение в промышленности благодаря простоте в обслуживании и эксплуатации, низкой стоимости, высокой надёжности и простой конструкции при этом.

Однако у таких моделей есть и недостатки: они отличаются малым пусковым и большим спусковым током, плохо переносят изменения параметров сети, чтобы скорость на них регулировалась плавно, нужно использовать преобразователь частоты. Потребление реактивной мощности из сети асинхронным двигателем указывает на то, что он зависим от системы работы конкретного предприятия.

Если система обладает малой мощностью, то пусковые токи создают понижения напряжения. Для уменьшения пусковых токов и используются устройства с плавным пуском или преобразователи частоты.

В промышленности асинхронные электродвигатели используются с целью привода механизмов, не предъявляющих особые требования к показателям энергии, пусковым показателям, скольжению.

Безотказно асинхронный двигатель будет работать, если:
• предприятие расположено на высоте над уровнем моря 1 км максимум;
• температура окружающей среды колеблется между – 40°С и +40 °С;
• влажность воздуха при +25°С не превышает 98%;
• максимальная запыленность воздуха для закрытых электродвигателей — 10 мг/м3, для защищённых 2 мг/м3 максимум.

Во время работы асинхронного электродвигателя в окружающей среде не должно быть угрозы взрыва, содержания токопроводящей пыли, паров и газов, которые способны разрушить изоляцию и металл. Мощность электродвигателей серии АИР может колебаться между 0,06 и 400 кВт, а высота оси вращения – 50-355 мм.

Источник: http://a-eng.ru/asinkhronnyj-ehlektrodvigatel-plyusy/

Асинхронные двигатели — Просто о технологиях

Жизнь в наше время невозможно представить без электрических двигателей. Широкое применение нашли эти агрегаты не только в промышленности, но и в быту — ведь электроприборы, которые призваны облегчить жизнь человека, в 95% случаев не обходятся без применения электродвигателей. И если даже сильно постараться, то представить себе жизнь без них вряд ли удастся.

Хотя первый опытный асинхронный двигатель был произведен Николой Тесла еще в конце 1880-х годов, в то время распространения он так и не получил ввиду слишком больших потерь электроэнергии при его работе. Да и показатели того двигателя в момент запуска были очень низкими.

Что же представляет собой асинхронный двигатель? По своей сути это устройство, преобразующее электрический ток в механическую энергию посредством магнитных полей, которые вращают ротор внутри статора.

При этом частота вращения магнитных полей, которые создаются на обмотках статора, не равна тому же параметру сердечника. Именно поэтому они названы «двигатели асинхронные», т.е. «неодновременного вращения».

Что же касается видов этих агрегатов, то их различают несколько, но об этом чуть позже. Для начала имеет смысл разобрать достоинства и недостатки подобных двигателей, т.е. самого распространенного из них вида — устройства с короткозамкнутым ротором, обозначаемым как АДКЗ (асинхронный двигатель короткозамкнутого типа).

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в разборе

Достоинства и недостатки

• В первую очередь асинхронные электродвигатели достаточно просты в части устройства и изготовления, что не может не влиять на их стоимость, ведь в частности из-за невысокой цены этот мотор завоевал большую популярность среди покупателей.
• Так же важную роль играет и надежность АД, и их экономичность в области эксплуатационных затрат — они практически не требуют обслуживания.
• Конечно, это не говорит о том, что асинхронный электродвигатель можно установить и совсем забыть о периодических ревизиях, но все же их требуется достаточно мало, схема его достаточно неприхотлива.

Ну и конечно не стоит забывать о том, что для включения в сеть, т.е. для запуска и эксплуатации, не требуется каких-либо дополнительных устройств, таких как разнообразные преобразователи и т.п.

Но, при такой простоте и невысокой стоимости, естественно, не обошлось и без недостатков, которые нельзя назвать мелкими. Из них можно выделить следующие:

• сравнительно небольшой пусковой момент;
• значительные пусковые токи, а значит и энергозатраты при включении;
• довольно низкий коэффициент полезного действия;
• необходимую точность скорости довольно тяжело отрегулировать;
• у асинхронного двигателя, имеющего короткозамкнутый привод (при включении в трехфазную сеть 50 Гц), скорость вращения не превышает 3000 об/мин;
• большая зависимость крутящего момента от напряжения сети. К примеру, при понижении входного тока в 2 раза, скорость крутящего момента может упасть в 4 раза.

Но все вышеперечисленное относится только к моторам, имеющим строение на основе короткозамкнутого ротора, производство двигателей которыми не ограничивается. Попробуем рассмотреть более подробно асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, а также другие типы подобных агрегатов, которые представлены на прилавках магазинов электротехники.

АДКЗ

Ротор асинхронного двигателя, обмотка которого короткозамкнута, так же называют и «беличьим колесом» по причине того, что она похожа на цилиндрическую сетку, прутья которой замыкаются посредством двух колец с одного и другого торца.

Структура, как ротора, так и асинхронного статора является зубчатой. В АД небольших мощностей обмотка изготавливается простейшим способом — алюминиевый сплав в расплавленном состоянии заливается в углубления на роторе.

Тем же способом, одновременно, заливаются и оба кольца, замыкающие «колесо», а также торцевой синхронизатор, осуществляющий вентиляционное охлаждение агрегата, т.е. с его помощью обеспечивается нормальная рабочая температура.

При необходимости изготовления более мощных двигателей вместо алюминиевого сплава используют медь.

Асинхронные двигатели переменного тока с т.н. «двойной беличьей клеткой» для модернизации пусковой характеристики в настоящее время практически ушли в прошлое.

Сейчас применяется схема, при которой пазы для проводников делаются глубже, причем внутренняя часть каждого из них имеет большее сечение, нежели внешняя.

В результате подобной технологии изготовления ротора увеличивается пусковой момент и уменьшается ток, за счет более сильного активного сопротивления обмотки.

Области применения АДКЗ довольно обширны. К тому же, в последние годы все больше начали применяться частотные преобразователи, при помощи которых стало возможно плавное наращивание скорости, вследствие чего достигается больший пусковой момент и снижение тока, тем самым увеличивается коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Так же очень интересна схема исполнения АДКЗ, в которой используется возможность изменения числа пар обмоток статора. Принцип работы асинхронного двигателя подразумевает, что подобным действием возможно изменение скорости его вращения.

На сегодняшний день подобные конструкции двигателей, несмотря на их недостатки, являются наиболее распространенными и востребованными. А вот остальные виды асинхронных двигателей уже более узконаправленны, и их применение не так значительно.

Массивный ротор в АД

Короткозамкнутый двигатель, принцип работы которого заключается в отсутствии обмотки как таковой. Ротор здесь состоит целиком из стали и одновременно является и проводником, и магнитопроводом.

Вихревые токи, инициирующиеся вращающимся магнитным полем, взаимодействуют с потоками, создаваемыми статором, посредством чего и создается крутящий момент.

Попробуем разобрать, какие же плюсы и минусы имеются у этих асинхронных двигателей.

Из преимуществ можно отметить низкую стоимость и простоту изготовления, довольно высокую механическую прочность (что очень важно для агрегатов с высокими скоростями вращения), а также наличие высокого пускового момента. Но при этом есть очень существенный недостаток —довольно большие энергопотери ротора при работе.

Интересны также и некоторые особенности, которые имеют подобные асинхронные двигатели, — это пологая механическая характеристика и сильный нагрев агрегата, независимо от нагрузки, что является довольно существенным минусом по причине резкого падения коэффициента полезного действия. Получается, что основная энергия тратится на нагрев, т. е. выработку тепла.

Конечно, разрабатываются и улучшения для подобных типов двигателей, такие как омеднение роторов или добавление с торцов колец из меди, но помогает подобная модернизация незначительно.

Также сюда можно отнести и пустотелые стальные роторы, которые изготавливаются для работы с меньшим нагревом.

Фазный ротор в асинхронном двигателе

Подобное устройство асинхронного электродвигателя является более сложным, т.к. их роторы имеют трехфазную обмотку, которая соединяется в «звезду».

Подобные двигатели обладают возможностью плавной регулировки скорости, причем диапазон вращения достаточно широк.

Внешняя цепь соединяется с вращающимся валом посредством специальных щеток, которые могут быть графитовыми или медно-графитовыми. Обмотка ротора выполняется из меди.

Подобный асинхронный электродвигатель подходит для использования с инверторами, реостатами для изменения скорости вращения и даже может работать в качестве синхронного двигателя при подаче на него прямого напряжения.

Возможности, которые имеют асинхронные двигатели с фазным ротором, довольно широки, но сложность при их изготовлении, а также довольно высокая стоимость не дали подобным устройствам более широкого распространения.

Двигатель Шраге-Рихтера

Этот тип является трехфазным коллекторным асинхронным двигателем, при этом питание на него поступает через ротор. Таким образом, подобные агрегаты называют также обращенными.

Асинхронный электродвигатель, у которого подобная схема, уже стал историей и практического применения на сегодняшний день не имеет.

Скорость вращения в них регулировалась специальным штурвалом, который перемещал щетки, в результате чего изменялась индуктивность. Подобная система довольно экономично изменяет скорость вращения ротора, но более подробно на таких агрегатах останавливаться не стоит.

Куда интереснее понять устройство асинхронного двигателя и принцип его работы.

Устройство и принцип действия

Как уже говорилось ранее, конструкция асинхронного двигателя достаточно проста — это ротор, или вращающаяся часть, и статор — неподвижная обмотка, внутри которой и создаются электромагнитные импульсы. Снаружи статор может иметь цельную либо сваренную оболочку из чугуна, алюминия, или его сплава, которая работает как радиатор охлаждения в процессе эксплуатации.

Асинхронный двигатель в разрезе

Принцип действия АД таков: напряжение, поступая на обмотки, создает магнитное поле. И т.к.

угол сдвига фаз в асинхронном двигателе составляет 120 градусов, то поле, вырабатываемое ими, является вращающимся. Оно-то и создает крутящий момент, проходя через обмотки ротора.

По сути, смысл работы тот же, что и у синхронных агрегатов, но тут не требуется создания на статоре дополнительного поля в виде магнитов.

Подключение асинхронных двигателей

Разобравшись, каков же принцип действия АД, можно переходить к подключению.

Существует две разновидности подключения асинхронного двигателя к сети 380 В, хотя от этого принцип его действия не меняется. Это может быть «звезда» либо «треугольник». Сейчас имеет смысл разобрать каждый из этих видов подробнее.

1. Подключение «звездой» происходит следующим образом: напряжение по фазным проводам подается к началу, а каждая обмотка асинхронного двигателя концом соединена с началом следующей таким образом, что создается некое подобие треугольника.
2. Нулевой провод при подключении трехфазных двигателей не требуется, им вполне хватает защитного заземления корпуса.

Подключение «звездой» немного отличается от предыдущего. Здесь концы всех обмоток соединены вместе, а напряжение подается также на начало.

Интересно, что при подобном подключении в месте соединения всех трех обмоток по причине разности потенциалов возникает так называемый «технический ноль».

Подобное физическое явление можно наблюдать и в жилах высоковольтного провода, где ноль находится точно по центру, в то время как по проводнику течет ток высокого напряжения.

Схемы подключений в «треугольник» и «звезда»

Есть ли альтернатива

Уже не секрет, что устройство трехфазного асинхронного двигателя предполагает затраты большого количества электроэнергии на вырабатывание тепла, а значит и коэффициент его полезного действия достаточно низок. Но на сегодняшний день альтернативы подобным агрегатам нет, а потому продолжается их использование, как в промышленности, так и в быту.

Конечно, с появлением инверторов, КПД их значительно возрос. Сейчас двигатели инверторного типа прекрасно работают в стиральных машинах, холодильниках и прочей технике, позволяя получить максимум результата при меньшем расходе электроэнергии.

Возможно, в будущем и появится что-то новое, что сможет заменить асинхронные двигатели, но пока это остается единственным в своем роде агрегатом, без которого различные производства невозможны. Именно этим и объясняется его востребованность и распространенность.

Источник: https://freshgeek.ru/asinhronnye-dvigateli/

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня вы узнаете, что такое асинхронный двигатель, рассмотрим его основные характеристики, а так же поговорим о плюсах и минусах.

Принцип работы любого асинхронного двигателя основан на физическом взаимодействии магнитного поля, возникающего в статоре, с током, который это же поле наводит в обмотке ротора.

Электрическое напряжение прикладывается к обмотке статора, которая выполнена как три группы катушек. Под действием напряжения в обмотке возникает переменный трехфазный ток, который и наводит вращающееся магнитное поле.

При пересечении замкнутой обмотки ротора, это поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, создает в ней ток.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля (статор) и тока (ротор) создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение.

Благодаря совокупности моментов, создаваемых отдельными проводниками, возникает результирующий момент, электромагнитная пара сил, заставляющая вращаться ротор в направлении, в котором движется электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле при этом вращаются с различными скоростями, т.е.

асинхронно (отсюда и основное название двигателей). У асинхронных двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет меньше скорости, с которой вращается магнитное поле в статоре.

   Рис. 1. Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель с фазным ротором необходим в приводах, которые сразу требуют большого пускового момента – лифты, краны, мельницы и т.д. В таких механизмах необходимее уже при запуске двигателя получить максимальный момент, но при этом ограничив значение пускового тока.

Основные элементы асинхронного двигателя – ротор и статор, разделяемые воздушным зазором. Активные части двигателя – магнитопровод и обмотки, остальные составляющие – конструктивные, призванные обеспечить необходимую жесткость, прочность, возможность вращения и его стабильность, охлаждение и т.д.

Cтатор – неподвижная часть, на внутренней стороне сердечника которого размещаются обмотки. Обмотка статора — это трехфазная (для общего случая — многофазная) обмотка, в которой проводники равномерно распределяются по окружности статора и уложены пофазно в пазах, соблюдая угловое расстояние равное 120 эл.град.

Статорные фазы обмотки соединены стандартно – «звезда» или «треугольник» — и подключены к трехфазной сети электротока.

В процессе вращения (изменения) магнитного потока в обмотках возбуждения, происходит перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготовлен шихтованным (набирается из пластин) из особой электротехнической стали – таким способом удается минимизировать магнитные потери.

Асинхронные двигатели, особенности пуска

Асинхронные двигатели сегодня – это доля в 80% от всего количества разнообразных электродвигателей, выпускаемых мировой промышленностью. Все это – благодаря простоте конструкции, в эксплуатации и обслуживании, низкой себестоимости и высокой надежности.

Но есть один существенный недостаток – из сети асинхронные двигатели потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их предельная мощность напрямую зависит от мощности системы энергоснабжения.

Кроме того, такой электропривод имеет значения пускового тока, которые в трое больше рабочих. При малой мощности системы энергоснабжения, это может вызвать значительное падение напряжение в сети и отключение других приборов.

Асинхронные двигатели с фазным ротором, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов, могут запускаться с небольшим пусковым током.

Резисторы, стоящие в цепи ротора, помогают ограничить ток не только в течении запуска, но так же и при торможении, реверсе и при снижении скорости.

По мере того, как двигатель набирает скорость – разгоняется, чтобы поддерживать необходимое ускорение, резисторы выводятся.

При окончании разгона и выхода на паспортную частоту, все резисторы шунтируются, двигатель переходит на работу со своей естественной механической характеристикой.

Рассмотрим пример запуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Используя схему асинхронного двигателя (рис) рассмотрим запуск в две ступени который проводится с использованием релейно-контакторной аппаратуры. Одновременно напряжение подается как на силовые цепи, так и на управляющие – замыкается выключатель QF.

При подаче напряжения реле времени (обозначены КТ1 и КТ2) в цепи управления срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия кнопки запуска (SB1) срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с резисторами, которые введены в цепь ротора – в этот момент на контакторах КМ1 и КМ2 питания нет.

При подключении контактора КМЗ, из-за потери питания, в цепи контактора КМ1 реле КТ1 замыкает контакт через интервал времени, заданный задержкой времени в реле КТ1.

По истечению времени (двигатель разгоняется, ток ротора начинает падать) происходит включение контактора КМ1 – происходит шунтирование первой пусковой ступени резисторов. Ток снова возрастает , но по мере разгона его значение начинает уменьшаться.

Одновременно с этим в цепи происходит размыкание реле КТ2, оно теряет питание и с выставленной выдержкой происходит замыкание контакта в цепи контактора КМ2. Происходит шунтирование второй ступени резисторов, включенных в цепь ротора. Двигатель работает в штатном режиме.

Благодаря ограничению пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно устанавливать в слабых сетях.

Асинхронные двигатели, плюсы и минусы

Как уже указывалось выше, если сравнивать его с двигателем с короткозамкнутым ротором, имеет два основных преимущества:

• возможность запуска двигателя с уже подключенной к валу значительной нагрузкой – двигатель с самого начала создает большой вращающий момент
• ограничение по току включения позволяет устанавливать асинхронные двигатели с фазовым ротором в маломощных сетях

Кроме того, следует отметить и другие достоинства:

• возможность работы с большой перегрузкой
• малые колебания скорости вращения – при разных нагрузках скорость вращения остается приблизительно одинаковой
• возможность установки автоматики – пусковых приспособлений

Отметим и недостатки:

• введение резисторов в цепь ротора усложняет и удорожает двигатель
• большие габариты
• меньший, чем у короткозамкнутых двигателей, показатель КПД и cos φ
• при недогрузках значение cos φ имеет минимальные значения

На практике асинхронный двигатель с фазным ротором оптимально подходят для случаев, когда нет необходимости в широкой и плавной регулировке скорости и требуется очень большая (особенно на первоначальном этапе) мощность двигателя.  Для правильного подключения асинхронного двигателя важно правильно определить начала и концы фазных обмоток. Как это сделать – подробно рассмотрено на видео:

Источник: https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/asinhronnyiy-dvigatel

Плюсы и минусы электрических двигателей — Строительство

Тема производства экономичных двигателей возникла практически сразу после изобретения машин, работающих от электрического тока.

В процессе прохождения выставки электротехнических устройств, проведенной в 1891 в г. Франкфурт-на-Майне, Чарльзом Брауном был продемонстрирован электрический генератор, имеющий КПД около 95%. Асинхронный двигатель, который продемонстрировал Михаил Доливо-Добровольский, также выдал КПД 95%.

С того времени параметры этих устройств были повышены не более чем на 1-2 процента.

Наиболее востребованными электрические двигатели предлагаемые на сайте ELMO стали в 70х годах, при возникшей нехватке нефтепродуктов.

На практике оказалось, что экономия топлива стоила намного меньше, нежели ее добыча. Вложения денежных средств в энергосберегающие программы увеличились в разы.

Многие организации и страны начали выдачу специальных грантов, предназначенных для развития программ энергосбережения.

Проанализировав мировое потребление электрической энергии, выяснилось, что более половины всей энергии, производимой в мире, потребляют именно электрические двигатели. По этой причине их доработкой и улучшением занимаются все компании, работающие в этой отрасли.

Двигатели с функцией энергосбережения

Эти модели представляют собой устройства, с КПД на порядок больше, чем у простых двигателей подобного рода. В больших двигателях с функцией энергосбережения, эта разница невелика, в пределах 1-2%. В остальных типах она выше, и держится на уровне 7-10%.

КПД электродвигателей, выпущенных компанией Siemens.

Повышение уровня КПД становится возможным при соблюдении следующих условий:

• Повышение содержания активных материалов, а именно медных и стальных деталей
• Применение специальной стали для производства электротехнических изделий, с уменьшенной толщиной.
• В обмотках роторов ранее применяемый алюминий заменен на медь.
• В статоре уменьшается воздушная прослойка, при помощи предназначенных для этого устройств.
• Установка подшипников с повышенным качеством.
• Установка специальных вентиляторов.

Согласно имеющимся данным, около 2% от затрат за весь период его работы приходится на цену самого двигателя.

Например, при работе двигателя на протяжении 4 тысяч часов каждый год в течение 10 лет, затраты на потребляемую электроэнергию составляют около 97% от общего количества.

Около 1% процента уходит на техническое обслуживание и монтажные работы. То есть повышение этого параметра на 2% дает возможность покрытия увеличения его стоимости уже через 3 года.

Преимущества перехода к использованию электрического двигателя:

• Увеличение коэффициента полезного действия двигателя от 1 до 10 %.
• Уменьшение количества поломок.
• Уменьшение расходов на техническое обслуживание.
• Повышение уровня устойчивости к нагрузкам, сопровождающихся перегревом.
• Увеличить стойкость к повышенным нагрузками.
• Увеличить стойкость к неблагоприятным условиям.
• Сделать эксплуатацию менее шумной.
• За счет снижения скольжения, увеличить скорость его работы.

Минусами такого двигателя являются:

• Увеличенная стоимость примерно на треть.
• Увеличенный вес.
• Высокий уровень тока, необходимого для запуска.

При работе двигателя в условиях частого отключения и запуска его применение является невыгодным, так как вся сохраненная энергия потратится на повышенное значение токов запуска. Также его не используют при малом количестве часов работы, которое не может обеспечить необходимое количество сохраненной энергии. Двигатели такого рода являются очень востребованными в настоящее время.

Источник: http://obystroy.com/preimushchestva/plyusy-i-minusy-elektricheskikh-dvigatelej

Электродвигатель. Виды и применение. Работа и устройство

Электродвигатель представляет электромашину, перестраивающую электрическую энергию в механическую. Обычно электрическая машина реализует механическую работу благодаря потреблению приложенной к ней электроэнергии, преобразовывающейся во вращательное движение. Ещё в технике есть линейные двигатели, способные создавать сразу поступательное движение рабочего органа.

Особенности конструкции и принцип действия

Не важно какое конструктивное исполнение, но устройство любых электродвигателей однотипное. Ротор и статор находятся внутри цилиндрической проточки.

Вращение ротора возбуждают магнитное поле, отталкивающее его полюса от статора (неподвижной обмотки). Сохранять постоянное отталкивание можно путём перекоммутации обмоток ротора, или образовав вращающееся магнитное поле непосредственно в статоре.

Первый способ присущий коллекторным электродвигателям, а второй — асинхронным трехфазным.

Корпус любых электродвигателей обычно чугунный или выполнен из сплава алюминия. Однотипные двигатели, не смотря на конструкцию корпуса производятся с одинаковыми установочными размерами и электрическими параметрами.

Работа электродвигателя базируется на принципах электромагнитной индукции. Магнитная и электрическая энергия создают электродвижущуюся силу в замкнутом контуре, проводящем ток. Это свойство заложено в работу любой электромашины.

На движущийся электроток в середине магнитного поля постоянно воздействует механическая сила, стремительно пытающаяся отклонить направление зарядов в перпендикулярной силовым магнитным линиям плоскости. Во время прохождения электротока по металлическому проводнику либо катушке, механическая сила норовит подвинуть или развернуть всю обмотку и каждый проводник тока.

Назначение и применение электродвигателей

Электрические машины имеют много функций, они способны усиливать мощность электрических сигналов, преобразовывать величины напряжения либо переменный ток в постоянный и др.

Для выполнения таких разных действий существуют многообразные типы электромашин. Двигатель представлят тип электрических машин, рассчитанных для преобразования энергии.

А именно, этот вид устройств превращает электроэнергию в двигательную силу или механическую работу.

Он пользуется большим спросом во многих отраслях. Их широко используется в промышленности, на станках различного предназначения и в других установках. В машиностроении, к примеру, землеройных, грузоподъёмных машинах. Также они распространены в сферах народного хозяйства и бытовых приборах.

Электродвигатель, является разновидностью электромашин по:

• Специфике, создающегося вращательного момента: — гистерезисные;— магнитоэлектрические.
• Строению крепления: — с горизонтальным расположением вала;— с вертикальным размещением вала.
• Защите от действий внешней среды: — защищённые; — закрытые;— взрывонепроницаемые.

В гистерезисных устройствах вращающий момент образуется путём перемагничивания ротора или гистерезиса (насыщения). Эти двигатели мало эксплуатируются в промышленности и не считаются традиционными. Востребованными являются магнитоэлектрические двигатели. Существует много модификаций этих двигателей.

Их разделяют на большие группы по типу протекающего тока:

• Постоянного тока.
• Переменного тока.
• Универсальные двигатели (работают на постоянном переменном токе).

Особенности магнитоэлектрических двигателей постоянного тока

С помощью двигателей постоянного тока создают регулируемые электрические приводы с высокими эксплуатационными и динамическими показателями.

Типы электродвигателей:

• С электромагнитами.
• С постоянными магнитами.

Группа электродвигателей, питание которых выполняется постоянным током, подразделяется на подвиды:

• Коллекторные. В этих электроприборах присутствует щёточно-коллекторный узел, обеспечивающий электрическое соединение неподвижной и вращающейся части двигателя. Устройства бывают с самовозбуждением и независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов.
• Выделяют следующие виды самовозбуждения двигателей: — параллельное; — последовательное;— смешанное.
• Коллекторные устройства имеют несколько минусов: — низкая надёжность приборов;— щёточно-коллекторный узел довольно сложная в обслуживании составляющая часть магнитоэлектрического двигателя.
• Безколлекторные (вентильные). Это двигатели с замкнутой системой, работающие по аналогичному принципу работы синхронных устройств. Оснащены датчиком положения ротора, преобразователем координат, а также инвертором силовым полупроводниковым преобразователем.

Эти машины выпускаются различных размеров от самых маленьких низковольтных до громадных размеров (в основном до мегаватта). Миниатюрными электродвигателями оснащены компьютеры, телефоны, игрушки, аккумуляторные электроинструменты и т.п.

Применение, плюсы и минусы электродвигателей постоянного тока

Электромашины постоянного тока применяют в разных областях. Ими комплектуют подъёмно-транспортные, красочно-отделочные производственные машины, а также полимерное, бумажное производственное оборудование и т.д. Часто электрический двигатель этого типа встраивают в буровые установки, вспомогательные агрегаты экскаваторов и другие виды электротранспорта.

Преимущества электрических двигателей:

• Лёгкость в управлении и регулировании частоты вращения.
• Простота конструкции.
• Отменные пусковые свойства.
• Компактность.
• Возможность эксплуатации в разных режимах (двигательном и генераторном).

Минусы двигателей:

• Коллекторные двигатели требуют трудное профилактическое обслуживание щёточно-коллекторных узлов.
• Дороговизна производства.
• Коллекторные устройства имеют не большой срок службы из-за изнашивания самого коллектора.

Электродвигатель переменного тока

В электродвигателях переменного тока электроток описывается по синусоидальному гармоническому закону, периодично меняющему свой знак (направление).

Статор этих устройств изготавливают из ферромагнитных пластинок, имеющих пазы для помещения в них витков обмотки с конфигурацией катушки.

Электродвигатели по принципу работы бывают синхронными и асинхронными. Главным их отличием является то, что скорость магнитодвижущей силы статора в синхронных приборах равна скорости вращения ротора, а в асинхронных двигателях эти скорости не совпадают, обычно ротор вращается медленнее поля.

Синхронный электродвигатель

Из-за одинакового (синхронного) вращения ротора с магнитным полем, аппараты именуют синхронными электродвигателями. Их подразделяют на подвиды:

• Реактивный.
• Шаговый.
• Реактивно-гистерезисный.
• С постоянными магнитами.
• С обмотками возбуждения.
• Вентильный реактивный.
• Гибридно-реактивный синхронный двигатель.

Большая часть компьютерной техники оснащена шаговыми электродвигателями. Преобразование энергии в этих устройствах основано на дискретно угловом передвижении ротора.

Шаговый  электродвигатель имеет высокую продуктивность, независящую от их мизерных размеров.

Достоинства синхронных двигателей:

• Стабильность частоты вращения, что не зависит от механических нагрузок на валу.
• Низкая чувствительность к скачкам напряжения.
• Могут выступать в роли генератора мощности.
• Снижают потребление мощности, предоставляемой электростанциями.

Недостатки в синхронных устройствах:

• Сложности с запуском.
• Сложность конструкции.
• Затруднения в регулировки частоты вращения.

Недостатки синхронного двигателя, делают более выгодным для использования электродвигатель асинхронного типа.

Тем не менее, большинство синхронных двигателей из-за их работы с постоянной скоростью востребованы для установок в компрессоры, генераторы, насосы, а также крупные вентиляторы и пр. оборудование.

Асинхронный электродвигатель

Статор асинхронных двигателей представляет распределённую двухфазную, трехфазную, реже многофазную обмотку. Ротор выполняют в виде цилиндра, используя медь, алюминий либо металл.

В его пазы залиты либо запрессованные токопроводящие жилы к оси вращения под определённым углом. Они соединяются в одно целое на торцах ротора.

Противоток возбуждается в роторе от переменного магнитного поля статора.

По конструктивным особенностям выделяют два вида асинхронных двигателей:

• С фазным ротором.
• С короткозамкнутым ротором.

В остальном конструкция приборов не имеет отличий, статор у них абсолютно одинаковый. по числу обмоток выделяют такие электродвигатели:

• Однофазные. Этот тип двигателей самостоятельно не запускается, ему требуется стартовый толчок. Для этого применяется пусковая обмотка либо фазосдвигающая цепь. Также приборы запускаются вручную.
• Двухфазные. В этих устройствах присутствуют две обмотки со смещёнными на угол фазами. В приборе возникает вращающееся магнитное поле, напряженность которого в полюсах одной обмотки нарастает и синхронно спадает в другой. Двухфазный электродвигатель может самостоятельно запускаться, но с реверсом присутствуют сложности. Часто этот тип устройств подключают к однофазным сетям, включая вторую фазу через конденсатор.
• Трехфазные. Достоинством этих типов электродвигателей является легкий реверс. Основные части двигателя – это статор с тремя обмотками и ротор. Позволяет плавно регулировать скорость ротора. Эти приборы довольно востребованы в промышленности и технике.
• Многофазные. Состоят эти устройства из встроенной многофазной обмотки в пазах статора на его внутренней поверхности. Эти двигатели гарантируют высокую надёжность при эксплуатации и считаются усовершенствованными моделями двигателей.

Асинхронные электрические двигатели значительно облегчают работу людей, поэтому они незаменимы во многих сферах.

Достоинствами этих приборов, которые сыграли роль в их популярности, являются следующие моменты:

• Простота производства.
• Высокая надёжность.
• Не нуждаются в преобразователях для включения в сеть.
• Небольшие расходы при эксплуатации.

Ко всему этому, можно добавить относительную стоимость асинхронных приборов. Но они также имеют и недостатки:

• Невысокий коэффициент мощности.
• Трудность в точной регулировке скорости.
• Маленький пусковой момент.
• Зависимость от напряжения сети.

Но благодаря питанию электродвигателя с помощью частотного преобразователя, некоторые недостатки устройств устраняются.

Поэтому потребность асинхронных моторов не падает. Их применяют в приводах разных станков в областях металлообработки, деревообработки и пр.

В них нуждаются ткацкие, швейные, землеройные, грузоподъёмные и другие виды машин, а также вентиляторы, насосы, центрифуги, разные электроинструменты и бытовые приборы.

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektrodvigatel/

определение, устройство и принцип работы, использование и подключение

Асинхронный двигатель (определение) – это вид машин, используемый для превращения электроэнергии в механическую силу. А слово “асинхрон” указывает на то, что действия происходят не одновременно. При этом предполагается, что у подобных моторов скорость хода электромагнитного поля статора изначально выше, чем у ротора. Работает машина от сети с переменным током.

Асинхронный двигатель – используется для превращения электроэнергии в механическую силу.

Как устроен асинхронный двигатель

Первая главная деталь в электромоторе называется статором, вторая – ротором. Статор сделан в форме цилиндра из крепкого листа нержавеющей стали. Внутри сердечника статора установлены обмотки из специальных проводов. Оси проводов укладываются под углом в 120°. Для работы на разных электросетях концы кабелей скрепляются в виде треугольника или звезды.

Роторы в асинхронном двигателе подразделяются на 2 типа:

1. Короткозамкнутый. Он является сердечником, в который заливается раскаленный металл. После этого в нем появляются железные стержни, замыкающиеся маленькими торцевыми колечками. Подобная схема конструкции именуется “беличьей клеткой”. В устройствах с высокой мощностью алюминий заменяется на медь.
2. С фазами. Мотор имеет толстую трехфазную обмотку, которая почти не отличается от обмотки статора. В основном концы проводов скрепляются в форме звезды, а затем дополнительно закрепляются колечками. Используя щетку, которая подсоединена к обручам, к цепи можно подключить дополнительный резистор. Последний необходим для того, чтобы человек мог контролировать переменное сопротивление в фазе ротора.

Принцип работы устройства

Частями асинхронного двигателя являются статор и ротор.

Если начать подавать электрический ток на кабели статора, то двигатель начнет работать. Внутри машины начинается индукция, то есть в двигателе индуцируется мощное электромагнитное поле. Например, в технике с постоянным электрическим током необходимо создавать электромагнитное поле в якоре с помощью щеток.

По закону Фарадея, в устройстве, которое обладает короткозамкнутой обмоткой, проходит наведенный электроток, потому что цепочка замыкается по методу короткого замыкания. Данный ток, как и напряжение в статоре, приводит к появлению магнитного поля. Ротор устройства становится магнитом в статоре, обладающим вращающимся электромагнитным полем.

Статор не двигается, и поле перемещается внутри машины с нормальной скоростью, а в роторе индуцируется электроток, что делает из него мощный магнит. Благодаря этому подвижный ротор начинает двигаться благодаря полю статора. Почему происходит асинхронное вращение, можно понять, зная, что в момент объединения магнитные поля пытаются компенсировать недостатки друг друга.

Процесс скольжения может проходить не только с небольшим опозданием, но и с опережением. В первом случае мотор превращает электроэнергию в механическую (например, станок начинает двигаться). А во втором происходит генераторная работа, то есть движение деталей устройства вырабатывает электричество.

Созданный момент кручения полностью зависит от мощности постоянного напряжения для подпитки статора. Постоянно меняя частоту электрического тока и силу напряжения, человек может контролировать момент вращения, что и позволяет влиять на режим работы двигателя. Данная идея работает как на простых однофазных моторах, так и на трехфазных двигателях.

Виды асинхронных двигателей

С короткозамкнутым ротором

Есть 2 типа АДКР (двигателей с коротким замкнутым ротором):

• с ротором в виде клеток для белок;
• со специальными ободками.

С фазным ротором

Однофазный асинхронный двигатель подразделяется на следующие виды:

• с нескрепленными проводами;
• с запускающей деталью;
• с запускающим и функционирующим конденсаторами;
• с измененным расположением полюса.

Назначение и сфера применения АД

Без асинхронного двигателя не обходится большинство предприятий.

Электродвигатели, которые называются асинхронными, применяются почти во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они тратят около 70% электричества, которое предназначено для превращения мощности тока в поступательное движение. Работа асинхронного двигателя считается наиболее эффективной в качестве электрической тяги. Без подобных машин не обходится большинство предприятий.

У данных устройств есть несколько положительных сторон:

1. Простая и недорогая конструкция, поэтому производство машин не отнимает много времени и средств.
2. Низкие расходы по эксплуатации обеспечены отказом от скользящего узелка токосъема, что и повышает надежность мотора.
3. Доступность. Они продаются почти во всех магазинах по невысокой цене.

Данный вид машин бывает трехфазным или однофазным в зависимости от числа питающих частей. Если соблюдать правила техники безопасности и настроить электросеть, то трехфазный мотор может работать на однофазной сети.

Асинхронные устройства используются не только на производстве, но и в быту. Однофазные двигатели устанавливаются в вентиляторы, стиральные машины, насосы для воды и небольшие электрические инструменты.

Схемы подключения

Провода трехфазного двигателя подключаются либо по схеме треугольника, либо по звезде. При этом для последнего напряжение должно быть выше. Также перед установкой обмотки нужно определить момент на валу в моторе. Стоит обратить внимание на тот момент, что АДКР, подсоединенный различными методами к одной и той же цепи, требует разной мощности. Поэтому нельзя подключать двигатель, в котором предполагается использование только схемы треугольника, с принципом треугольника.

Иногда с целью снижения пускового тока люди коммутируют на этапе пуска контакты звезды в треугольник, но в таком случае падает и пусковой момент.

А для подсоединения трехфазного мотора к однофазной электросети профессионалы применяют разные фазосдвигающие детали, например конденсатор и резистор.

Асинхронная машина — Википедия. Что такое Асинхронная машина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Асинхро́нная машина — электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин — индукционные, это обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют бо́льшую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле. Частота вращения ротора всегда немного меньше частоты вращение магнитного поля, т.к. при равенстве скоростей поле перестанет наводить в роторе ток, и на ротор перестанет действовать сила. Отсюда и название — асинхронный двигатель (в отличие от синхронного, частота вращения которого совпадает с частотой магнитного поля). Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности^[1][2][3].

Ротор и статор асинхронной машины 0,75 кВт, 1420 об/мин, 50 Гц, 230—400 В, 3,4—2,0 A

История

В 1888 году Галилео Феррарис опубликовал свои исследования в статье для Королевской академии наук в Турине (в том же году Тесла получил патент США^[4]), в которой изложил теоретические основы асинхронного двигателя^[5]. Заслуга Феррариса в том, что, сделав ошибочный вывод о небольшом КПД асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к проблеме совершенствования асинхронных машин. Статья Галилео Феррариса, опубликованная в журнале «Атти ди Турино», была перепечатана английским журналом и в июле 1888 года попала на глаза выпускнику Дармштадтского высшего технического училища, выходцу из Российской Империи Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольском

Изобретение асинхронного двигателя | Hackaday

Когда вы думаете о том, кто изобрел асинхронный двигатель, на ум приходят Никола Тесла и Галилео Феррарис. Хотя это может быть тот случай, когда скрипящее колесо получает смазку. Эти двое были теми, кто боролся с этим как раз тогда, когда инфраструктура для этих двигателей только разрабатывалась. С другой стороны, Tesla сыграла огромную роль в изобретении большей части технологий, лежащих в основе этой инфраструктуры.

Хотя они утверждали, что изобрели это независимо, ничего никогда не изобреталось в вакууме, и до них было интересное развитие как маленьких парней, так и гигантов; Чарльз Бэббидж на удивление был одним из таких гигантов.Итак, давайте начнем с самого начала и продвинемся к Tesla и Ferrari.

Вращения Араго (1824-1831)

Изобретение асинхронного двигателя началось в 1824 году в Париже с публикации очень простой серии наблюдений Франсуа Араго. Он подвесил стрелку магнитного компаса, лежащую горизонтально в середине колец из разных материалов. Затем он повернул иглу на 45 ° и отпустил ее. Игла продолжала качаться вперед и назад, при этом максимальный угол ее поворота постепенно уменьшался.Араго подсчитал количество поворотов, прежде чем угол уменьшился до 10 °. С деревянным кольцом потребовалось 145 ударов, с тонким медным — 66, а с толстым медным — всего 33 удара. Присутствие меди как-то смягчало колебания иглы.

Эксперимент Бэббиджа-Гершеля и вихревые токи

Другие последовали этому примеру, и в 1825 году Чарльз Бэббидж и Чарльз Гершель продемонстрировали эксперимент, в котором они вращали магнит под медным диском и заставляли его быстро вращаться.Они также сделали радиальные прорези в диске и обнаружили, что это уменьшило эффект. Пытаясь количественно оценить влияние радиальных прорезей, они обнаружили, что если они присвоили значение 100 вращательной силе диска без разреза, то диск с одной прорезью имел значение 88, два — 77, четыре — 48 и восемь. было 24. Как и в случае со стрелкой компаса Араго, магнитный объект снова каким-то образом взаимодействовал с неферромагнитным материалом.

В 1831 году Фарадей провел свои собственные эксперименты и дал объяснение эффекта, которое мы используем до сих пор.Вихревые токи индуцировались в меди из-за относительного движения магнита и медного диска. Эти вихревые токи формируются таким образом, чтобы создавать собственные магнитные поля. Взаимодействие двух магнитных полей толкает или притягивает диск, заставляя его вращаться вместе с магнитом или замедляя его, если магнит не движется.

Еще много экспериментов было проведено между 1824 и 1831 годами, а также в последующие годы, однако все они включали вращение либо магнита, либо медного диска.Следующим большим шагом вперед было найти способ вращать магнитное поле, не вращая ни один из физических объектов.

Уолтер Бейли (1879)

Асинхронный двигатель Бейли 1879 года и последовательность

28 июня 1879 года Уолтер Бейли продемонстрировал свой собственный эксперимент Араго с вращениями. В нем он заменил постоянный магнит четырьмя электромагнитами. Но вместо того, чтобы вращать электромагниты, их магнитные полярности электрически менялись, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Коллектор с ручным приводом, питаемый двумя батареями, контролировал токи, протекающие через электромагниты.Такая система батареи и коммутатора означала, что токи, идущие к электромагнитам, были не синусоидальными волнами, а скорее прямоугольными, что не идеально для плавного вращения.

Чередование магнитов было таким, как показано. Буквы обозначают полюса, обращенные к диску, а O указывает, когда электромагнит был выключен. Стрелка показывает направление с севера на юг, и ее также можно заменить медным диском, чтобы понять, как он будет вращаться. Это очень похоже на режим привода современного шагового двигателя, но помните, что вместо того, чтобы притягивать постоянные магниты, вращающееся магнитное поле притягивает к полю, вызванному индуцированными вихревыми токами.

И это подводит нас к заре современных асинхронных двигателей и Галилео Феррари.

Галилео Феррарис (1885)

Двигатели Galileo Ferraris

В 1885 году Галилео Феррарис продемонстрировал асинхронный двигатель, в котором также использовались две пары электромагнитов для создания вращающегося магнитного поля, хотя он делал это независимо от Бейли. Его двигатель больше напоминал современные в том, что электромагниты окружали цилиндр. Однако более важно то, что он предложил создать для него истинное вращающееся магнитное поле, подавая два синусоидальных переменного тока, разнесенных на 90 °.Он впервые публично продемонстрировал двигатель в 1888 году.

Кроме того, в марте 1888 года он опубликовал Электродинамическое вращение, производимое переменными токами , в котором он показал способ создания этих токов, сдвинутых по фазе на 90 °. См. Рисунок 92 на схеме. Это можно сделать, снабдив электромагниты ответвлениями от того же источника переменного тока. Одна ветвь будет иметь сопротивление, но без самоиндукции, а другая будет иметь небольшое сопротивление, но высокую самоиндукцию.Затем они питали обмотки катушек. Затем он описал, как ему удалось провести эксперименты в этом направлении в 1885 году. В апреле 1889 года Никола Тесла описал тот же метод разделения фазы , но только для того, чтобы использовать его только для запуска синхронного двигателя (подробнее о синхронных двигателях позже) .

Никола Тесла (1882 или 1887)

Патент США 382 279 Электромагнитный двигатель — Рис. 1

И говоря о Николе Тесла, он утверждает, что однажды днем ​​1882 года во время прогулки в парке придумал идею вращающегося магнитного поля.Но только в ноябре 1887 года он подал свой первый патент на асинхронный двигатель, и патент не был получен до мая 1888 года. Это был патент США 382 279, Электромагнитный двигатель. Рисунок 1 из этого патента показан здесь. Двигатель находится вверху, а генератор переменного тока — внизу.

В этих совпадающих датах итальянских Ferrari и сербских Tesla лежит спор, который существует и по сей день. Феррарис изготовил и продемонстрировал свой двигатель в 1885 году, но публично только в 1888 году. В то время как Тесла подумал об этой идее в 1882 году, но не подавал патент до 1887 года.Оба заявили, что независимо друг от друга придумали идею вращающегося магнитного поля, и это не является необычным, когда многие экспериментаторы работают над аналогичными проблемами, используя одну и ту же новую технологию.

В патенте

Тесла указано, что ротор вращается медленнее, чем магнитное поле статора. Хотя это и не новое открытие, это интересная и необходимая особенность асинхронных двигателей. Для того чтобы магнитное поле магнита индуцировало ток в таком материале, как, например, медь, между ними должно быть относительное движение.Если магнитное поле и медный ротор вращаются с одинаковой скоростью, то относительного движения нет, и ротор замедляется. Это замедление создает относительное движение и индуцируется ток, ускоряющий ротор. В основном, когда двигатель впервые включается, то есть сначала прикладывается вращающееся магнитное поле, ротор начинает вращаться. Его скорость увеличивается до тех пор, пока не будет найден баланс между индуцированным током и, следовательно, крутящим моментом, и механической нагрузкой.

Отношение скорости магнитного поля, приложенного к ротору, к скорости магнитного поля, создаваемого индуцированным током, называется скольжением .Из-за этой разницы в скоростях асинхронный двигатель часто называют асинхронным. Тип двигателя, в котором скорости одинаковы или синхронизированы, называется синхронным двигателем.

Еще одна интересная особенность двигателя на Рисунке 1 патента Теслы заключается в том, что вместо медных пластин в роторе Тесла использует медные катушки в замкнутых контурах. Вы можете видеть, что ротор состоит из двух частей, закрепленных под углом 90 ° друг к другу. Большая часть двух частей — это мягкое железо, но каждая из них имеет обмотку.Катушки представляют собой просто замкнутые контуры, и именно в этих катушках индуцируется ток, и именно из них формируется магнитное поле.

Замыкая свою петлю

Хотя это было изобретение асинхронного двигателя, это ни в коем случае не было концом его развития. Мы могли бы поговорить о двигателях с обмоткой и двигателях с короткозамкнутым ротором, различных методах пуска, управлении скоростью и многом другом. Это было начало эры электричества, когда по всему миру возникли электрические сети, а асинхронный двигатель был лишь одним из множества новых типов электрических устройств.Поэтому вместо этого мы направим вас к статье нашего [Брайана Кокфилда], демистифицирующей энергосистему, или, возможно, вы захотите прочитать о столкновениях Николы Теслы и Томаса Эдисона или об участии Эдисона в изобретении лампочки.

Кто изобрел компьютер? | HowStuffWorks

Некоторые люди могли быть обескуражены, но не Бэббидж. Вместо того, чтобы упростить конструкцию, чтобы упростить построение разностной машины, он обратил свое внимание на еще более грандиозную идею — аналитическую машину , новый вид механического компьютера, который может производить еще более сложные вычисления, включая умножение и деление.

Основные части аналитической машины напоминают компоненты любого компьютера, продаваемого сегодня на рынке. Он отличался двумя отличительными чертами любой современной машины: центральный процессор или CPU и память. Бэббидж, конечно, не использовал эти термины. Он назвал ЦП «мельницей». Память была известна как «магазин». У него также было устройство — «считыватель» — для ввода инструкций, а также способ записывать на бумаге результаты, генерируемые машиной. Бэббидж назвал это устройство вывода принтером, предшественником струйных и лазерных принтеров, столь распространенных сегодня.

Объявление

Новое изобретение Бэббиджа почти полностью существовало на бумаге. Он хранил объемные заметки и наброски о своих компьютерах — объемом почти 5000 страниц — и, хотя он так и не построил ни одной серийной модели аналитической машины, у него было четкое представление о том, как машина будет выглядеть и работать. Заимствуя ту же технологию, что и в жаккардовом ткацком станке , ткацком станке, разработанном в 1804-05 годах, который позволял автоматически создавать различные узоры ткани, данные вводились на перфокарты.В магазине компьютера можно хранить до 1000 50-значных номеров. Перфокарты также содержали инструкции, которые машина могла выполнять не в последовательном порядке. Один помощник будет наблюдать за всей операцией, но пар будет приводить в действие его, вращая кривошипы, перемещая кулачки и стержни, и вращая шестерни.

К сожалению, современные технологии не смогли удовлетворить амбициозный замысел Бэббиджа. Только в 1991 году его идеи были наконец воплощены в работающий компьютер.Именно тогда Музей науки в Лондоне построил, в соответствии с точными спецификациями Бэббиджа, свою разностную машину. Он имеет длину 11 футов и высоту 7 футов (более 3 метров в длину и 2 метра в высоту), содержит 8000 движущихся частей и весит 15 тонн (13,6 метрических тонн). Копия машины была построена и отправлена ​​в Музей истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния, где она оставалась на выставке до декабря 2010 года. Ни одно из устройств не будет работать на настольном компьютере, но они, несомненно, являются первыми компьютерами и предшественниками современный ПК.И эти компьютеры повлияли на развитие всемирной паутины.

Первоначально опубликовано: 12 января 2011 г.

Изобретение мотоцикла

— Кто изобрел первый мотоцикл?

После открытия велосипеда во Франции в 1860-х годах изобретатели всего мира начали разрабатывать свои конструкции для автоматизированной версии этого транспортного устройства. С помощью машин, имевшихся в то время, они создали несколько прототипов мотоциклов, которые проложили путь для всех будущих моделей.Здесь мы расскажем, как появился первый мотоцикл.

С 1920 по 1860-е годы Европа и США впервые познакомились с простым велосипедным велосипедом под названием Dandy Horse. Этот простой дизайн (смоделированный по образцу велосипедного велосипеда барона Карла фон Драйса «Draisine») позволял водителю управлять им, используя силу собственных ног. Отсутствие педалей или цепного привода ограничивало его использование небольшим процентом водителей, в основном детьми и молодыми мужчинами. Все изменилось в начале 1861 года, когда французский кузнец Пьер Мишо запатентовал велосипедные педали и представил миру свой первый велосипед, «раскачивающий кости».Это ознаменовало значительный рост популярности и продаж велосипедного транспорта. В то время как велосипеды продолжали совершенствоваться в течение следующих 40 лет (особенно в английской модели «Rover» с цепным приводом, пневматическими шинами и многими другими устройствами безопасности), первые прототипы мотоциклов начали производиться по всей Европе.

Первый известный паровой мотоцикл был произведен на заводе известного изобретателя велосипедов Пьера Мишо. Его сыну Эрнесту удалось прикрепить небольшой паровой двигатель к одному из их ранних велосипедов.В последующие годы еще нескольким изобретателям удалось повторить аналогичный подвиг, причем все они использовали паровые двигатели с различными камерами сгорания (твердыми, жидкостными или газовыми). Мотоциклы с паровым двигателем работали нормально, но у них было несколько больших недостатков (в основном, низкая выработка мощности и постоянная потребность в дозаправке).

В 1885 году двум немецким изобретателям Готлибу Даймлеру и Вильгельму Майбаху удалось создать первую современную модель мотоцикла. Им удалось прикрепить к деревянной раме велосипеда небольшой бензиновый двигатель внутреннего сгорания.Этот мотоцикл под названием «Daimler Reitwagen» сегодня считается первым настоящим мотоциклом и стал отправной точкой для всех будущих инноваций и улучшений, основанных на мотоциклах. Разработка Reitwagen началась в 1882 году, когда Daimler и Maybach начали производство своего экспериментального высокоскоростного одноцилиндрового двигателя. Их первоначальный план состоял в том, чтобы создать небольшой автомобиль, но они решили проверить конструкцию своего двигателя на раме велосипеда. Небольшой 264-кубический сантиметр, одинарный цилиндр, мощностью 0,5 лошадиных сил сумел привести мотоцикл в движение со скоростью всего 7 миль в час (11 км / ч).Во время одного из первых пробных запусков сиденье мотоцикла загорелось от тепла, исходящего от расположенного поблизости двигателя.