Устройство и принцип работы асинхронного двигателя. Принцип работы однофазного двигателя асинхронного

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронные электродвигатели (АД) находят в народном хозяйстве широкое применение. По разным данным до 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую энергию вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронным двигателем. Электрическую энергию в механическую энергию поступательного движения преобразуют линейные асинхронные электродвигатели, которые широко используются в электрической тяге, для выполнения технологических операций. Широкое применение АД связано с рядом их достоинств. Асинхронные двигатели — это самые простые в конструктивном отношении и в изготовлении, надежные и самые дешевые из всех типов электрических двигателей. Они не имеют щеточноколлекторного узла либо узла скользящего токосъема, что помимо высокой надежности обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели. Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети. АД широко применяются не только в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, но и в частном секторе, в быту, в домашних мастерских, на садовых участках. Однофазные асинхронные двигатели приводят во вращение стиральные машины, вентиляторы, небольшие деревообрабатывающие станки, электрические инструменты, насосы для подачи воды. Чаще всего для ремонта или создания механизмов и устройств промышленного изготовления или собственной конструкции применяют трехфазные АД. Причем в распоряжении конструктора может быть как трехфазная, так и однофазная сеть. Возникают проблемы расчета мощности и выбора двигателя для того или другого случая, выбора наиболее рациональной схемы управления асинхронным двигателем, расчета конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме, выбора сечения и типа проводов, аппаратов управления и защиты. Такого рода практическим проблемам посвящена предлагаемая вниманию читателя книга. В книге приводится также описание устройства и принципа действия асинхронного двигателя, основные расчетные соотношения для двигателей в трехфазном и однофазном режимах.

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

1. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель (АД) традиционного исполнения, обеспечивающий вращательное движение, представляет собой электрическую машину, состоящую из двух основных частей: неподвижного статора и ротора, вращающегося на валу двигателя. Статор двигателя состоит из станины, в которую впрессовывают так называемое электромагнитное ядро статора, включающее магнитопровод и трехфазную распределенную обмотку статора. Назначение ядра — намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора состоит из тонких (от 0,28 до 1 Мм) изолированных друг от друга листов, штампованных из специальной электротехнической стали. В листах различают зубцовую зону и ярмо (рис. 1.а). Листы собирают и скрепляют таким образом, что в магнитопроводе формируются зубцы и пазы статора (рис. 1.б). Магнитопровод представляет собой малое магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, и благодаря явлению намагничивания этот поток усиливает.

Рис. 1 Магнитопровод статора

В пазы магнитопровода укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Обмотка в простейшем случае состоит из трех фазных катушек, оси которых сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на 120°. Фазные катушки соединяют между собой по схемам звезда, либо треугольник (рис. 2).

Рис 2. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник

Более подробные сведения о схемах соединения и условных обозначениях начал и концов обмоток представлены ниже. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, также набранного из штампованных листов стали, с выполненными в нем пазами, в которых располагается обмотка ротора. Различают два вида обмоток ротора: фазную и короткозамкнутую. Фазная обмотка аналогична обмотке статора, соединенной в звезду. Концы обмотки ротора соединяют вместе и изолируют, а начала присоединяют к контактным кольцам, располагающимся на валу двигателя. На контактные кольца, изолированные друг от друга и от вала двигателя и вращающиеся вместе с ротором, накладываются неподвижные щетки, к которым присоединяют внешние цепи. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать скорость вращения двигателя и ограничивать пусковые токи. Наибольшее применение получила короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обмотка ротора крупных двигателей включает латунные или медные стержни, которые вбивают в пазы, а по торцам устанавливают короткозамыкающие кольца, к которым припаивают или приваривают стержни. Для серийных АД малой и средней мощности обмотку ротора изготавливают путем литья под давлением алюминиевого сплава. При этом в пакете ротора 1 заодно отливаются стержни 2 и короткозамыкающие кольца 4 с крылышками вентиляторов для улучшения условий охлаждения двигателя, затем пакет напрессовывается на вал 3. (рис. 3). На разрезе, выполненном на этом рисунке, видны профили пазов, зубцов и стержней ротора.

Рис. 3. Ротор аснхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой

Общий вид асинхронного двигателя серии 4А представлен на рис. 4 [2]. Ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления. Выпускаются также двигатели фланцевого исполнения. У таких машин на одном из подшипниковых щитов (обычно со стороны вала) выполняют фланец, обеспечивающий присоединение двигателя к рабочему механизму.

Рис. 4. Общий вид асинхронного двигателя серии 4А

Выпускаются также двигатели, имеющие и лапы, и фланец. Установочные размеры двигателей (расстояние между отверстиями на лапах или фланцах), а также их высоты оси вращения нормируются. Высота оси вращения — это расстояние от плоскости, на которой расположен двигатель, до оси вращения вала ротора. Высоты осей вращения двигателей небольшой мощности: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 мм.

2. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Выше отмечалось, что трехфазная обмотка статора служит для намагничивания машины или создания так называемого вращающегося магнитного поля двигателя. В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники короткозамкнутой обмотки ротора, отчего в последних наводится электродвижущая сила, вызывающая в обмотке ротора протекание переменного тока. Ток ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие его с вращающимся магнитным полем статора приводит к вращению ротора вслед за полями. Наиболее наглядно идею работы асинхронного двигателя иллюстрирует простой опыт, который еще в XVIII веке демонстрировал французский академик Араго (рис. 5). Если подковообразный магнит вращать с постоянной скоростью вблизи металлического диска, свободно расположенного на оси, то диск начнет вращаться вслед за магнитом с некоторой скоростью, меньшей скорости вращения магнита.

Рис. 5. Опыт Араго, объясняющий принцип работы асинхронного двигателя

Это явление объясняется на основе закона электромагнитной индукции. При движении полюсов магнита около поверхности диска в контурах под полюсом наводится электродвижущая сила и появляются токи, которые создают магнитное поле диска. Читатель, которому трудно представить проводящие контуры в сплошном диске, может изобразить диск в виде колеса со множеством проводящих ток спиц, соединенных ободом и втулкой. Две спицы, а также соединяющие их сегменты обода и втулки и представляют собой элементарный контур. Поле диска сцепляется с полем полюсов вращающегося постоянного магнита, и диск увлекается собственным магнитным полем. Очевидно, наибольшая электродвижущая сила будет наводиться в контурах диска тогда, когда диск неподвижен, и напротив, наименьшая, когда близка к скорости вращения диска. Перейдя к реальному асинхронному двигателю отметим, что короткозамкнутую обмотку ротора можно уподобить диску, а обмотку статора с магнитопроводом — вращающемуся магниту. Однако вращение магнитного поля в неподвижном статоре а осуществляется благодаря трехфазной системе токов, которые протекают в трехфазной обмотке с пространственным сдвигом фаз.

Устройство, принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово «асинхронный» означает неодновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Рис.1. Устройство асинхронных двигателей

Статор – неподвижная часть машины (рис. 1, а ). Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 1, б. в ). В пазах ротора укладывают обмотку, в зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни (рис. 1, г ), соединенные с торцов кольцами из этого же материала («беличья клетка»).

У фазного ротора (см. рис. 1, в ) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле это постоянный поток, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

— пространственный сдвиг осей катушек статора,

— временной сдвиг токов в катушках статора.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120º. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.

При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n1. об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

где f1 – частота тока сети, Гц;

р – число пар полюсов магнитного поля.

При стандартной частоте тока сети Гц частота вращения поля по формуле (1) и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:

Вращаясь, поле пересекает проводники обмотки ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Частота вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше частоты вращения поля, т.е. ротор «отстает» от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения

где n2 – частота вращения ротора, об/мин.

Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой к 0 (холостой ход).

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигатель— это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой». В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120 °. как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение .

Скольжениеs — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2 . в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но п о мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1 -n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Источники: http://www.eti.su/articles/elektroprivod/elektroprivod_36.html, http://studopedia.ru/10_130200_ustroystvo-printsip-deystviya-asinhronnogo-dvigatelya.html, http://electroandi.ru/elektricheskie-mashiny/asinkhronnyj-dvigatel-printsip-raboty-i-ustrojstvo.html

electricremont.ru

Однофазный электродвигатель 220в-принцип работы, устройство

Однофазная энергетическая система широко применяется по сравнению с трёхфазной для домашнего пользования, коммерческих целей и, в какой-то степени, для индустриальных задач. Однофазная система более экономична, энергетические же потребности в большинстве домов, офисов, магазинов весьма невелики. По этой причине однофазная система является очень подходящей в данном случае.

 

Однофазные электродвигатели просты по своей конструкции. Они недороги, прочны, их легко обслуживать и ремонтировать. Благодаря всем этим достоинствам, однофазный мотор нашёл применение в вентиляторах, пылесосах и т.д.

Данные моторы классифицируют так:

1. Однофазные индукционные двигатели или асинхронные двигатели.

2. Однофазные синхронные двигатели.

3. Коллекторные двигатели.

Устройство электродвигателя.

Как и любой электродвигатель, асинхронный мотор также имеет две главные составляющие. Этими компонентами являются ротор и статор.

Статор

Как можно догадаться из его названия, статор является стационарной частью индукционного мотора. На статор этого двигателя подаётся однофазный переменный ток.

Ротор

Ротор является вращающейся частью индукционного мотора. Ротор соединен с механической нагрузкой за счёт вала. Ротор в однофазном индукционном двигателе относится к типу роторов, который называют клетка для белки.

Конструкция данного электродвигателя почти такая же, как “клетка для белки” трёхфазного двигателя, за исключением того, что в асинхронном двигателе у статора две обмотки, по сравнению с одиночной обмоткой статора у трёхфазного индукционного мотора.

Про статор однофазного индукционного двигателя

Статор этого двигателя имеет многослойную штамповку для уменьшения потерь вихревого тока на его периферии. Слоты, предусмотренные на штамповке, предназначены для удерживания статора или основной обмотки. Для того чтобы уменьшить гистерезисные потери, штамповка сделана из кремнистой стали. Когда на обмотку статора подаётся однофазный переменный ток, образуется магнитное поле и двигатель вращается на скорости, которая несколько меньше синхронной скорости Ns, которая получается за счёт:

Где,f = частота подающегося напряжения,P = нормально разомкнутые полюсы мотора.

Конструкция статора асинхронного мотора похожа на конструкцию трёхфазного индукционного двигателя за исключением двух отличий в области обмотки в однофазном индукционном моторе.1. Во-первых, однофазные индукционные моторы в большинстве своём выпускаются с катушками, имеющими не перекрещивающиеся  лобовые соединения. Количество оборотов на катушку может быть легко отрегулировано при помощи катушек с не перекрещивающимися лобовыми соединениями. Распределение магнитодвижущей силы почти синусоидально.

2. За исключением двигателя с экранированным полюсом, асинхронный мотор имеет две обмотки на статоре, а именно основную и вспомогательную. Данные обмотки размещены квадратурно по отношению друг к другу.

О роторе однофазного электродвигателя.

Устройство данной составляющей этого двигателя похоже на “клетку для белки” трёхфазного индукционного мотора. Ротор имеет форму цилиндра. У данной составляющей двигателя есть слоты по всей периферии. Слоты не параллельны по отношению друг к другу, но немного скошены, так как скашивание препятствует магнитной блокировке зубов статора и ротора и делает работу индукционного мотора более гладкой и тихой.

Ротор в форме клетки для белки состоит из стержней. Эти стержни сделаны из одного из трёх металлов. Они могут быть алюминиевыми, могут быть медными, могут латунными. Данные стержни называют проводниками ротора, и они располагаются в слотах на периферии данной составляющей двигателя. Проводники перманентно замкнуты за счёт медных или алюминиевых колец, которые называют замыкающими кольцами. Для того чтобы обеспечивать механическую силу, эти проводники связаны с замыкающим кольцом, и следовательно, они формируют абсолютно замкнутую схему, напоминающую клетку. Поэтому эти двигатели и стали называть индукционными моторами-клетками для белки.

Так как стержни перманентно замкнуты при помощи замыкающих колец, электрическое сопротивление данной части мотора очень невелико, и нет возможности добавить внешнее сопротивление, поскольку стержни, как уже говорилось, перманентно замкнуты. Отсутствие контактного кольца и щёток делает устройство однофазного индукционного мотора очень простым и надёжным.

Принцип работы двигателя

ВНИМАНИЕ: Известно, что для действия любого мотора, который действует за счёт электроэнергии, будь-то мотор, использующий переменный ток или постоянный, нужно два магнитных потока. Взаимодействие между этими вот потоками обеспечивает требуемый крутящий момент, который является желаемым параметром для любого вращающегося мотора.

Когда на обмотку статора мотора приходит однофазный переменный ток, переменный ток начинает проходить через статор или основную обмотку. Этот переменный ток порождает переменный магнитный поток, который называют основным магнитным потоком.

Данный поток также соединен с проводниками ротора и следовательно, отрезает эти проводники. Согласно закону, установленному Фарадеем, об электромагнитной индукции, в роторе возникает электродвижущая сила. Поскольку схема ротора замкнута, электрический ток начинает поступать в ротор.

Этот ток зовётся электрическим током ротора. Данный ток производит собственный магнитный поток, который называют магнитным потоком ротора. Поскольку этот поток начинает производиться согласно принципу индукции, мотор, работающий на этом принципе, называется индукционным мотором. Теперь имеются два магнитных потока, один из них является основным, а другой называют магнитным потоком ротора. Эти два магнитных потока производят желаемый крутящий момент, который требуется мотору для вращения.

Почему данный мотор не является самозапускающимся?

Согласно теории, гласящей о двойном вращающемся поле, любое изменяющееся значение может быть поделено на 2 компонента. Каждый имеет магнитуду, равную половине максимальной магнитуды переменного значения. Оба данных компонента крутятся в противоположном направлении по отношению друг к другу. Например, магнитный поток, φ может быть разделён на 2 составляющие:

Каждый из этих компонентов вращается в противоположном направлении. Если один φm / 2 вращается по часовой стрелке, то другой φm / 2 вращается против. Когда однофазный переменный ток идёт на обмотку статора данного двигателя, он производит собственный магнитный поток магнитуды, φm.

В соответствии с теорией о двойном поле, которое вращается, этот переменный магнитный поток, φm разделён на 2 компонента магнитуды φm / 2. Каждый будет вращаться в противоположном направлении, с синхронной скоростью, Ns. Назовём эти 2 компонента магнитного потока как передний компонент потока, φf и задний компонент потока, φb.

Результат двух компонентов в любой момент даёт значение мгновенного магнитного потока статора в данный конкретный момент.

Теперь при старте, и передняя, и задняя составляющие магнитного потока точно являются противоположными. Также оба компонента магнитного потока равны по магнитуде. Поэтому они аннулируют друг друга, и поэтому получающийся крутящий момент у ротора на старте равен нулю. Поэтому такие вот двигатели не являются самозапускающимися.

Методы, которыми можно сделать данный электродвигатель самостартующим

Эти моторы не запускаются сами, потому что создаваемый магнитный поток статора является изменяющимся по характеру и при запуске 2 компонента этого потока аннулируют друг друга, и поэтому не появляется крутящего момента.

Решить эту проблему можно, если сделать магнитный поток статора потоком вращающегося типа, а не переменного типа, который вращается лишь в одну сторону. Тогда мотор станет самозапускающимся. Теперь, для того чтобы произвести это вращающееся магнитное поле, понадобится два переменных магнитных потока, имеющие угол фазы с некоторой разницей между ними.

Когда эти два потока взаимодействуют, они производят результирующий магнитный поток. Этот поток вращается по своей сути и вращается в пространстве только в одном направлении. Когда двигатель начнёт вращаться, дополнительный магнитный поток может быть удалён.

Мотор будет продолжать вращаться под воздействием только основного магнитного потока. В зависимости от методов превращения асинхронного электродвигателя в самозапускающийся мотор, существует в основном 4 типа однофазных индукционных моторов, а именно:

1. Индукционный электродвигатель с проскальзывающей фазой.

2. Ёмкостной электродвигатель со стартовым индуктором.

3. Емкостной индукционный   электродвигатель со стартовым конденсатором.

4. Индукционный   электродвигатель со экранированным полюсом.

5. Перманентный емкостной электродвигатель с проскальзыванием или ёмкостной мотор с одним значением.

Сравнение однофазных и трёхфазных индукционных электродвигателей

1. Однофазные электродвигатели надёжны, просты в устройстве, экономичны для маленькой мощности, если сравнивать с трёхфазными.

2. Электрический фактор мощности однофазных электродвигателей низок, если сравнить с трёхфазными.

3. Несмотря на одинаковые размеры, однофазные  электродвигатели производят около 50% на выходе, тогда как трёхфазные – меньше.

4. Стартовый крутящий момент также низок для асинхронных моторов / однофазных индукционных моторов.

5. Эффективность однофазных электродвигателей меньше, чем у трёхфазных.

Однофазные индукционные электродвигатели просты, надёжны и дёшевы для маленьких мощностей. Они в целом доступны для мощности в 1 киловатт.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

 

elektronchic.ru

Устройство и принцип работы однофазных электродвигателей

Однофазовые асинхронные мотора выпускают от 5Вт до 10кВт. Данные мотора употребляются: в приводе стиральных машин, холодильников, центрифуг, заточных и маленьких обрабатывающих станков и т.д.Отметим, что однофазовые АД по сопоставлению с трехфазными движками обычно имеют несколько худшие технические характеристики. Мощность однофазового АД составляет не более 70% от мощности трехфазного АД в том же габарите. Однофазовые АД, не считая того, имеют более низкую перегрузочную способность.

Рис. 1

Схема включения однофазового АД:

Движок имеет на статоре две обмотки – основную (рабочею) и пусковую, которая употребляется для запуска АД. Ротор АД выполнен короткозамкнутым в виде беличьей клеточки.

Разглядим механизм работы однофазового АД:Чтоб осознать, зачем нужна пусковая обмотка разглядим пример, когда движок подключен к сети 220В лишь на одну обмотку – рабочую.

Однофазовый ток I1 этой обмотки делает пульсирующие магнитное поле, которое можно разложить на два поля Фа и Фв, имеющие равные амплитуды и крутятся в обратные стороны с схожей скоростью.При недвижном роторе магнитные поля Фа и Фв делают

Рис. 2

однообразные по величине, но обратны по знаку крутящиеся моменты М1 и М2 . Потому при пуске результирующий момент ( Мn = M1 – M2 ) равен нулю, и движок не может придти во вращение даже без нагрузки на валу.

В связи с этим для запуска однофазового АД и употребляется дополнительная пусковая обмотка, которая позволяет получить крутящееся магнитное поле, за счет которого обеспечивается исходный пусковой момент, который определяет и направление вращение вала.

Принципная схема однофазового асинхронного мотора:

Как понятно из теории электронных машин, для получения крутящего

// ]]>

магнитного поля на статоре мотора должны быть размещены, как минимум две обмотки, смещенные в пространстве на определенный угол и обтекаемые переменными токами.

Рис. 3

В согласовании с этим пусковая обмотка укладывается на статоре мотора со смещением ее оси на 90% по отношению к оси рабочей обмотки, а сдвиг токов обеспечивается включением в ее цепь дополнительного фазосдвигающего элемента, в качестве которого могут быть применены: активный резистор, катушка индуктивности либо конденсатор. Или пусковая обмотка мотается с маленьким колличеством витков в оборотную сторону – бефиляр.

Далее электродвигатель может работать лишь на рабочей обмотке, этот принцип применяется в холодильниках, где для пуска устанавливается пусковое реле, и после

Однофазовые электродвигатели

пуска пусковая обмотка отключаетя. Есть схемы подключения, в каких пусковая обмотка остается в работе и после запуска, таковой принцип применялся в стиральных машинках русского производства, и не считая того была возможность работы – реверс, т. е. вращение в другую сторону.К однофазовым электродвигателям относится и электроинструмент и бытовые электроприборы: дрели, шлефмашинки, пылесосы, триммеры (газонокосилки) и т. д., для которых нужно вращение более 3000 об/мин, А мы знаем, что наибольшее вращение электродвигателя, при частоте 50 гц, ограничено около 3000 об/мин. А для действенной работы перечисленных выше агрегатов, таких оборотов не довольно. И были придуманы однофазовые коллекторные электродвигатели, с колличеством оборотов/мин более 3000, но об этой категории в последующей статье.

// ]]>

elektrica.info

Принцип действия асинхронного двигателя и частотных преобразователей

Асинхронный (индукционный) двигатель (АД) – устройство, преобразовывающий электрическую энергию в механическую. «Асинхронный» означает разновременный. Электродвигатели асинхронные питаются от сети переменного тока.

Особенности асинхронных двигателей

Применение

Такие электродвигатели (частотные преобразователи) не используются в сетях постоянного тока.  Но они имеют широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. По статистике, до 70% электроэнергии, которая преобразуется в механическую энергию поступательного либо вращательного движения, потребляется именно индукционными электродвигателями.

Асинхронная машина не подключается к сети постоянного тока.

Асинхронные частотные преобразователи не требуют сложного производства и просты по своей конструкции, но в тоже время очень надежны. Такие двигатели могут работать от однофазной и трехфазной сети, используя разные частоты. Преобразователи не подходят для сетей постоянного тока. Для их управления применяют сравнительно несложные схемы.

При выборе асинхронного двигателя зачастую возникают проблемы с определением:

• его мощности;
• характеристик и приемлемой схемы, с помощью которой осуществляется  управление электродвигателем;
• расчетом мощности конденсаторов, которые нужны, чтобы преобразователь работал от одной фазы;
• марки и сечения провода;
• устройств защиты и управления, которыми оснащен преобразователь.

Чтобы во всем этом разобраться, необходимо знать устройство и особенности работы асинхронного агрегата. Это поможет правильно подобрать преобразователь для решения конкретной задачи.

Индукционный агрегат свое название получил благодаря тому, что магнитное поле вращается с более высокой скоростью, чем сам ротор, поэтому последний всегда пытается «догнать» скорость вращения поля.

Устройство АД

Ротор и статор – главные элементы индукционного двигателя.

Схема устройства асинхронного агрегата

Схема: вал (1), подшипники (2,6), лапы (4), крыльчатка (7), статор (10), коробка выводов (11), ротор (9), кожух вентилятора (5), щиты подшипниковые (3,8).

На рисунке представлено устройство типового агрегата. Статор АД имеет форму цилиндра. Внутренняя часть имеет размеры, обеспечивающие зазор между ротором и статором. В пазах сердечника расположены обмотки. Их оси для нормальной работы расположены относительно одна другой под углом 1200. Между собой концы обмоток собираются с помощью схемы «звезда» либо «треугольник», но это зависит непосредственно от напряжения. Ротор может быть фазным либо короткозамкнутым.

Ротор вращается по ходу движения магнитного поля.

Трехфазную обмотку устанавливают на фазный ротор, она напоминает обмотку статора. С одной стороны концы обмотки фазного ротора обычно соединяются в «звезду», а свободные концы подсоединяются к контактным кольцам. Для включения в цепь обмотки фазного ротора дополнительного сопротивления используются щетки, подключенные к кольцам. Такая конструкция не предназначена для работы в цепях постоянного тока, так как необходимое вращение обеспечивает изменение фазы.

Короткозамкнутый ротор – это сердечник, который сделан из стальных листов. Пазы в короткозамкнутом роторе заполняются расплавленным алюминием, в результате чего получаются стержни, замыкаемые накоротко торцевыми кольцами.

Таким короткозамкнутым ротором создаются условия для минимального электрического сопротивления. Эта конструкция получила название «беличья клетка» или «беличье колесо».

Конструкция «беличья клетка»

В короткозамкнутом роторе повышенной мощности пазы заполняются медью или латунью. Беличье колесо – это и есть короткозамкнутая обмотка ротора.

В зависимости от подключаемой фазы индукционный агрегат подразделяется на однофазный и трехфазный. С помощью учета данного параметра различают принцип действия асинхронного двигателя.

Однофазная индукционная машина

Чаще всего индукционный однофазный двигатель переменного тока устанавливается в бытовой технике, так как электроснабжение дома осуществляется от однофазной электросети. Преимуществом таких двигателей переменного тока является достаточно прочная конструкция и низкая стоимость, отсутствие сложных схем управления.

Они вполне подходят для длительной работы, так как не нуждаются в техническом обслуживании. Обычно однофазный двигатель малой мощности – до 0,5 кВт. Такие электродвигатели устанавливаются в стиральных машинах, компрессорах холодильников и другой бытовой технике, где ротором создается небольшая скорость вращения,  сравнительно небольшой объем силы тока.

Схема работы однофазного двигателя малой мощности

В однофазных индукционных агрегатах на статоре установлено управление ротором от двух обмоток, которые сдвинуты одна от другой на 900 тока для образования пускового момента. Одна обмотка является пусковой, а вторая – рабочей.

Однофазные электродвигатели не подходят для сетей постоянного тока. Они характеризуются низкими энергопоказателями и малой перегрузочной способностью. Агрегаты функционируют в нормальном режиме, если не нарушен определенный диапазон частоты поля. После начала вращения устройство управления подключает рабочую обмотку. Это позволяет уменьшить потребление энергии.

В электрических приводах с обычным запуском устанавливаются, как правило, однофазные индукционные двигатели, имеющие экранированные полюса. В таком асинхронном электродвигателе в качестве вспомогательной фазы выступают короткозамкнутые витки, имеющие минимальные сопротивления, размещенные на выраженных полюсах статора.

Учитывая то, что пространственный угол, образованный витком и осями основной фазы, гораздо меньше 900, в таком электродвигателе есть эллиптическое поле. С помощью него создаются сравнительно небольшие силы, чем и объясняются невысокие рабочие и пусковые свойства индукционных электродвигателей, оснащенных экранированными полюсами с фазным включением.

Индукционные однофазные электродвигатели, имеющие короткозамкнутый ротор подразделяются на:

• с усиленным сопротивлением фазы пуска;
• агрегаты с короткозамкнутым ротором, оснащенные рабочим конденсатором;
• оснащенные фазным пусковым конденсатором;комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
• комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
• с экранированными полюсами.

Асинхронным однофазным машинам не рекомендуется работать на холостом ходу. Пренебрежение данным правилом приводит к сильному перегреву фазного двигателя.

Трехфазный двигатель

В трехфазной индукционной машине обмотка предназначена для образования вращающегося по кругу магнитного поля, которое проходит через короткозамкнутую обмотку ротора. Созданные с фазным управлением аппараты не применяются в цепях постоянного тока. При прохождении поля через проводники обмотки статора образуется электродвижущая сила, которая и вызывает прохождение переменного тока в обмотке, управляющей ротором, имеющим собственное магнитное поле. Данное магнитное поле при взаимодействии с фазным магнитным вращающимся полем статора вызывает вращение определенной частоты вслед за полями между ним и ротором.

Схема работы индукционного трехфазного агрегата

Данный принцип разработал академик из Франции Араго. Иными словами, если подковообразный магнит установить вблизи металлического диска свободно закрепленным на оси и вращать его с поддержанием определенной  частоты оборотов, то металлический диск без дополнительного управления начнет движение за магнитом, однако скорость его вращения будет меньше, чем скорость движения магнита.

Данное явление обусловлено правилами электромагнитной индукции. Во время вращения около поверхности металлического диска полюсов магнита в контурах под полюсом образуется электродвижущая сила соответствующей частоты, и возникают токи, создающие магнитное поле металлического диска. Магнитное поле диска начинает взаимодействовать с полем полюсов вращающегося магнита, в результате чего диск «увлекается» своим магнитным полем.

Так и в асинхронном агрегате, в качестве металлического диска выступает короткозамкнутая обмотка ротора, а в качестве магнита – магнитопровод и обмотка статора.

Чтобы облегчить управление и запуск трехфазного электродвигателя при подключении к однофазной сети (переменного, а не постоянного тока), на момент пуска дополнительно устанавливается параллельно с рабочим и пусковой конденсатор. Им компенсируют отсутствие фазы и соответствующей частоты поля.

Запуск трехфазного двигателя

Двигатель в работе. Видео

О том, как работает асинхронный двигатель в режиме генератора, можно посмотреть в этом видео. Здесь представлены дельные советы по оптимизации процесса, в том числе и те, которые относятся к схемам управления фазным вращением.

Таким образом, зная особенности работы индукционной машины, с уверенностью можно сказать, что преобразование в механическую энергию электрической происходит в результате вращения вала электродвигателя (ротора).

Скорость вращения магнитного поля ротора и статора напрямую зависит от частоты питающей сети и количества пар полюсов. В случае, когда тип двигателя ограничивает число пар полюсов, то для управления изменением частоты питающей сети в больший диапазон используют частотный преобразователь.

Выше рассмотрены особенности управления фазным вращением. Также приведены отличия конструкции с короткозамкнутым минимальным ротором, который используется для уменьшения сопротивления. Следует помнить, что устройство некоторых агрегатов подразумевает возможность их применения только в цепях постоянного тока. Преобразователи с фазным вращением работают при питании переменным током.

 

Оцените статью:

elquanta.ru

Асинхронный двигатель: принцип работы, особенности конструкции

Асинхронный двигатель представляет собой мотор переменного тока, скорость вращения которого не равна частоте напряжения в обмотках статора. Эти электродвигатели получили широкое распространение, потому что являются достаточно выносливыми. Асинхронный однофазный, трехфазный моторы могут работать при значительной нагрузке продолжительное время, не перегреваясь, держать свой крутящий момент. Работа асинхронного двигателя проста, но при этом его характеристики напрямую зависят от параметров обмоток и технологии их укладки.

Область применения

Асинхронный двигатель получил широкое распространение в качестве тягового, второстепенного и прочих видов силовых компонентов. Учитывая особенности его конструкции, отсутствие скользящих контактов, эксплуатация такого мотора намного проще. Также, схема подключения не требует сложных устройств управления, если говорить о простом режиме работы с постоянной частотой. Плюс ко всему и срок службы до сервисного обслуживания намного дольше, так как внутреннее пространство и обмотки не загрязняются графитом.

Применяется асинхронный электродвигатель во многих сферах:

• Системы вентиляции – благодаря выносливости и неприхотливости при эксплуатации моторы с короткозамкнутыми роторами достаточно часто используются в качестве вентиляторов. Они хорошо переживают продолжительную работу на максимальных оборотах, обеспечивая пользователей или технологическое оборудование интенсивным воздушным потоком.
• Конвейеры – благодаря высокому моменту, способности его поддерживать при нагрузках моторы асинхронного типа стали идеальным вариантом для реализации управления подвижными производственными линиями.
• Следящие системы и приводные устройства – особо часто применяют асинхронные двигатели в приводных системах на технологическом оборудовании. Но для организации управления таким типом двигателя потребуется особая схема подключения и частотный блок управления, а ротор асинхронного двигателя оснащается неодимовыми магнитами. Такие моторы рассчитаны на работы с частотой до 400 Гц.
• Бытовая сфера. Из такого мотора можно сделать различные рабочие агрегаты бытового назначения или для небольшой мастерской: вентилятор, управляемые заслонки, циркулярная пила, фуганок, прочее оборудование.

Разновидности моторов

От типа питающей сети асинхронные электродвигатели подразделяются на:

1. Трехфазные. Обмотки асинхронных двигателей такого типа состоят из 3 катушек, специальным образом уложенных в пазах статора. Они предназначены для работы в промышленности, так как имеют высокий КПД и cosφ приближенный к 1, а для обеспечения дополнительной экономии работают с системой рекуперации энергии при торможении, выступая генератором.
2. Однофазный асинхронный двигатель. Применяется в быту и промышленности: старые стиральные машины, бытовые вентиляторы, холодильное и прочие виды оборудования. Имеют меньший КПД, мощность, по сравнению с трехфазными, что объясняется потерями в статоре из-за отсутствия дополнительной фазы.

Устройство асинхронного двигателя

Устройство асинхронного двигателя является достаточно простым:

• Статор – является неподвижной частью электрического двигателя, который снабжен обмотками возбуждения.
• Ротор – вращающийся элемент мотора, который крутится под действием магнитного поля, создаваемым обмотками возбуждения, расположенными на статоре. Различают 2 типа двигателя от конструкции ротора: короткозамкнутые и фазные.
• Фланцы – статическая часть электрического двигателя, в которой находятся опорные подшипники, удерживающие ротор и являющиеся своего рода крепежом для статора. Он зажимается между двумя фланцами-крышками стяжными болтами. Либо они прикручены к корпусу статора.
• Клеммная коробка – часть статической конструкции двигателя, в которую выводятся концы обмоток со статора. Посредством его осуществляется подключение двигателя к схеме управления.
• Крыльчатка и защитный кожух – используется для обеспечения принудительной вентиляции, а кожух предохранит обслуживающий персонал от травматизма.
• Дополнительные сервисные обмотки – при необходимости совместно с обмоткой возбуждения на статоре может быть дополнительная, предназначенная для контроля и измерения рабочих параметров мотора во время его работы.
• Термодатчики – промышленные асинхронные двигателя, кроме обмоток, также имеются датчики температуры, контролирующие перегрев на случай резкого возрастания тока потребления.

Также двигателя могут быть оборудованными планарными редукторами и изготовленными в едином корпусе. Это преимущественно промышленные типы агрегатов, применяемые на станках, конвейерах и прочих видах оборудования.

Особенности устройства каждого из элементов

Статор асинхронного электродвигателя представляет собой цилиндр, изготовленный из листов специальной электротехнической стали толщиной до 0.5 мм, покрытых лаком. Этот цилиндр является сердечником, с внутренней стороны имеются пазы, куда укладываются обмотки. В трехфазных, соответственно, сдвинутые на 120 градусов, в однофазных – на 90. Обмотки могут быть уложены несколькими способами в зависимости от схемы их подключения и эксплуатационных требований. Именно от этого зависит такой показатель, как момент и мощность на валу. А при наличии количества полюсов более, чем 2 пары, то он может использоваться в следящих системах управления приводными механизмами.

Статор запрессован в корпус либо же расположен между фланцами. Корпус и боковые крышки изготовлены из чугуна или сплава алюминия. На них имеются ребра для увеличения площади и повышения эффективности отведения тепла при работе. Такое устройство позволяет лучше охлаждать двигатель, обеспечивая продолжительную работу при предельных нагрузках.

Однополюсная обмотка такого электродвигателя наматывается из 3-х катушек. Каждая из них называется фазой. Для достижения требуемых параметров работы мотора обмотка укладывается в противоположных пазах сердечника. Катушки соединяются между собой специальным образом в соответствии со схемой подключения и ожидаемых характеристик, обеспечивая возбуждение магнитного поля и необходимый момент при вращении.

Все концы датчиков выводятся в клеммную коробку, что позволяет их соединять в звезду или треугольник, что зависит от схемы подключения системы управления, величины питания. 3-фазный электродвигатель является универсальным, при необходимости его можно подключать к однофазному питанию с линейным напряжением. При соединении обмоток треугольником напряжение обмоток равно линейному Uф, а при подключении по схеме звезды – √3Uф.

Ротор

Ротор в асинхронном электродвигателе представляет собой вал, на котором закрепляется сердечник, набранный из листов электротехнической стали. Что трехфазный, что однофазный мотор, ротор имеет практически одинаковую конструкцию. В качестве обмотки в обычных асинхронных моторах на рабочую частоту 50Гц используются куски медного или алюминиевого провода большой толщины или стержни, соединенные между собой торцевыми замыкающими кольцами.

Для того чтобы обмотка надежно удерживалась в сердечнике, имеются специальные пазы, куда она запрессована. Торцевые кольца могут быть снабжены вентиляционными лопатками, предназначенными для улучшения интенсивности охлаждения внутреннего пространства. Вал закреплен на подшипниках, впрессованных во фланцы или плитах, закрепленных к станине в зависимости от устройства.

Между валом и статором имеется зазор, величина которого зависит от пусковых параметров мотора. Если необходимо увеличить мощность и момент, то он должен быть как можно меньше. Одновременно с ростом мощности увеличиваются и добавочные потери в верхних слоях статора и ротора.

Принцип работы

Асинхронный двигатель принцип работы имеет достаточно простой. Он основан на двух физических явлениях:

1. При подаче напряжения на статорные обмотки в двигателе возникает вращающееся магнитное поле.
2. Поле оказывает воздействие на ток, индуцируемый в роторе. А это создает крутящий момент, поворачивающий вал двигателя относительно полюсов.

За каждый поворот вала полюса меняются полярностью с частотой сети. Поэтому напряжение обмотки статора имеет стандартную частоту, а скорость вращения зависит от:

• нагрузки на валу;
• количества пар полюсов;
• особенностей намотки статора.

Маркировка электродвигателя

Для упрощения процесса подключения и выбора схемы асинхронного 3-фазного ЭД на каждом из них имеется соответствующая маркировка. В ней указываются такие характеристики, как:

• крутящий момент;
• мощность;
• максимальная скорость вращения;
• cosφ.

Также в зашифрованной маркировке имеется указание типа двигателя, количества полюсов. Их необходимо учитывать при выборе мотора для тех или для других нужд. А для облегчения процесса подключения все концы сводятся в клеммную коробку, где подписаны следующим образом:

Если мотор подключается к сети 380 В с линейным напряжением обмоток 220В, то его схема обмоток должна быть треугольником. Но если двигатель подключается к стандартной сети 380В, то схема включения обмоток должна быть звездой.

Скольжение

При рассмотрении принципа работы асинхронного электрического двигателя применяют такое понятие, как скольжение, и обозначается параметр буквой «s». Оно возникает из-за разницы в скоростях вращения магнитного поля статора и реальной частоты вращения ротора. При этом первый показатель на порядок больше. Следовательно, чем выше разница, тем сильнее скольжение.

Скольжение позволяет объяснить принцип работы. За счет отставания частоты вращения ротора от магнитного поля статора и обеспечивается наведение ЭДС в короткозамкнутом роторе. Но если бы поле вращалось со скоростью частоты ЭДС в роторе, то собственно вращения не происходило.

Скольжение, являясь относительной величиной, измеряется в %. И становится больше при увеличении нагрузки на валу двигателя.

Двигателя с фазным ротором

Когда речь идет о моторах с фазным ротором, то он имеет немного иное устройство. Также имеется 3 обмотки, которые соединены в звезду, а их начала выведены на подводящие кольца. Сравнивая два типа двигателя с короткозамкнутым и фазным роторами, то у второго развивается момент сразу же под высокой нагрузкой. Такие моторы получили применение в системах, где требуется сделать мощный приводной агрегат с высокой тягой. Также такие моторы являются более удобными для регулируемого управления посредством регулятора частоты.

Недостатки асинхронных электродвигателей

В стандартном исполнении без магнитов на роторе асинхронные электродвигатели являются маломощными. Они неспособны сразу обеспечить высокий крутящий момент. А также для их запуска требуется большое количество электрической мощности, которая может превышать предельно допустимые показатели системы питания. Поэтому их пуск должен выполняться без нагрузки. Кроме этого, асинхронные электродвигатели являются мощными источниками электромагнитных помех, сопровождающимися сбоями в работе различных других устройств, находящихся вблизи. Для снижения их влияния необходимо предусматривать качественное заземление и обязательное экранирование.

instrument.guru

Однофазный асинхронный двигатель

Для освещения и общих бытовых целей в домах, офисах, магазинах, а также в небольших производствах, широко используется однофазная система электропитания наряду с трёхфазной системой. Однофазная система применяется там, где потребляемая мощность мала, где нет необходимости в использовании трёхфазных электрических цепей, где нет постоянного круглосуточного потребления большой мощности.

Однофазные двигатели просты в конструкции и эксплуатации, что в свою очередь даёт экономию в их эксплуатации, ремонте и обслуживании в сравнении с аналогичными трёхфазными двигателями. Обычно в бытовой технике, такой как пылесосы, вентиляторы, стиральные машины, фены, центробежные насосы, маленькие игрушки и т.д. используются именно однофазные электрические машины.

Однофазные асинхронные двигатели классифицируются следующим образом:

• Однофазные асинхронные двигатели или асинхронные двигатели.
• Однофазные синхронные двигатели.
• Коллекторные двигатели.

Эта статья даёт основное представление об однофазном асинхронном двигателе, его описание и принцип его работы.

Конструкция однофазного асинхронного двигателя

Как и любой другой электрический двигатель, однофазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, а именно из ротора и статора. Статор является неподвижной частью двигателя, а ротор подвижной частью. Питание однофазным напряжением подается на статор асинхронного двигателя, который содержит обмотки для создания магнитного поля. Ротор представляет собой вращающуюся часть, которая соединяется с механической нагрузкой. Ротор однофазного асинхронного двигателя является короткозамкнутым, то есть содержит короткозамкнутую обмотку, обычно по своему виду напоминающую беличью клетку (колесо).

Конструкция однофазного асинхронного двигателя практически аналогичная конструкции трёхфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Единственное отличие – это наличие двух обмоток для одной фазы питания, в то время как в трёхфазном двигателе на каждую фазу приходится по одной обмотке.

Статор однофазного асинхронного двигателя

Статор однофазного асинхронного двигателя изготовлен из ламинированных штампованных листов электротехнической стали. Каждый лист изолирован от предыдущего и последующего слоем лака или иного изолирующего немагнитного покрытия. Изготовление статора из многих тонких пластин обусловлено необходимостью избавится от влияния вихревых токов. Чем больше пластин и чем они тоньше, тем меньшие вихревые токи наводятся в статоре, что положительно влияет на эффективность преобразования электрической энергии в механическую энергию. В том случае, если статор изготовлен из цельного куска электротехнической стали или иного ферромагнитного материала, значительная часть электрической энергии будет расходоваться на нагрев статора, а это снизит КПД двигателя и может разрушить изоляцию обмоток статора.

Собранный пакет статора содержит слоты (пазы) для укладки в них обмотки, таким образом, получается, что статор является магнитопроводом наподобие сердечника трансформатора, а обмотка статора подобна первичной обмотке трансформатора. Где же расположена вторичная обмотка? Это нужно понять. Вторая обмотка короткозамкнута и она расположена на роторе, а магнитная связь между статором и ротором осуществляется через воздушный зазор.

При подаче питания на обмотку статора, создаётся магнитное поле, которое вращает ротор со скоростью чуть меньшей, чем синхронная скорость NS(об/мин = rpm). Эта скорость определяется по формуле:

Конструкция статора однофазного двигателя аналогична конструкции трёхфазного двигателя, за исключением обмоток статора:

• Во-первых, однофазные асинхронные двигатели содержат в основном концентрические обмотки, так как число витков обмотки может быть легко отрегулировано, то магнитодвижущая сила (МДС)(MMF) распределяется практически синусоидально.
• Полюса двигателя смещаются, за исключением того случая, когда асинхронный двигатель имеет две статорные обмотки, основную и вспомогательную. Эти две обмотки располагаются в пространстве статора под прямым углом относительно друг друга.

Ротор однофазного асинхронного двигателя

Конструкция ротора однофазного асинхронного двигателя аналогична короткозамкнутому ротору трёхфазного асинхронного двигателя. Ротор имеет цилиндрическую форму и прорези по всей периферии. Пазы сделаны не параллельно оси вращения ротора, а со скосом. Такое перекашивание предотвращает магнитное запирание ротора в поле статора, тем самым облегчая первоначальный пуск двигателя. Пуск и работа асинхронного двигателя становится более гладкой и спокойной, без чрезмерных перегрузок на старте и в работе.

Обмотка ротора в виде беличьей клетки состоит из алюминиевых, медных или латунных стержней, которые размещаются в пазах на периферии ротора. Эти стержни постоянно замкнуты медными или алюминиевыми кольцами с торцов ротора и иначе называются – конечными кольцами. Внешний вид такой обмотки напоминает беличье колесо, в котором белка бегает по кругу, перебирая лапками те самые стержни. Такое сходство и послужило названием для короткозамкнутого ротора – короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка».

Так как обмотка ротора закорочена концевыми кольцами и состоит из многих стержней соединённых параллельно друг другу в одну цепь, то электрическое сопротивление ротора очень мало. Такая конструкция ротора не позволяет включать в обмотку ротора дополнительные сопротивления, потому как отсутствуют контактные кольца и щётки.

Простота конструкции и отсутствие контактных колец и щёток в конструкции однофазного асинхронного двигателя делает его дешёвым, надёжным и простым в эксплуатации.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Необходимо помнить, что для работы любого электродвигателя, постоянного (DC) или переменного тока (AC), требуется наличие двух магнитных потоков, взаимодействие которых создаёт крутящий момент. Существование крутящего момента является необходимым параметром для работы любого двигателя, чтобы производить вращение.

Когда через обмотки статора начинает протекать электрический ток, он в свою очередь создаёт переменный магнитный поток, который называется главным потоком. Этот главный поток оказывает воздействие на проводники ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. В проводниках ротора наводится ЭДС, а так как обмотка ротора короткозамкнутая, то в ней начинает протекать электрический ток, который в свою очередь также создаёт встречный магнитный поток, действующий против главного потока. Поскольку второй поток создаётся по причине первого потока, а значит, они существуют не синхронно, то именно поэтому такой двигатель называется асинхронным.

Взаимодействие двух этих потоков, один от статора и второй от ротора, создают желаемый крутящий момент. Двигатель начинает вращаться.

Почему однофазный асинхронный двигатель не способен к самозапуску?

Согласно теории о двойном поле вращения, любая составляющая (переменная) поля может быть разложена на два компонента, где каждый компонент будет равен половине максимальной величины взятой составляющей. Оба этих компонента будут вращаться в противоположных друг к другу направлениях. Таким образом, поток Ф можно разложить на две составляющие:

Каждый из этих компонентов потока вращается (движется) в противоположном направлении, то есть, если Фм/2 вращается в направлении по часовой стрелке, то другой поток Фм/2 вращается в направлении против часовой стрелки.

Когда от источника переменного тока подается ток на обмотки статора однофазного асинхронного двигателя, он производит поток Фм. В соответствии с теорией двойного поля вращения (double field revolving theory) этот поток может быть разложен на два потока встречно направленных друг к другу величины Фм/2 и движущихся синхронно со скоростью N. Назовем эти два компонента Фf (front) и Фb (back). Результирующий поток от этих двух потоков в любой момент времени даёт значение магнитного потока статора.

В момент запуска двигателя эти два компонента потока направлены точно друг против друга. Они равны по величине и уравновешивают друг друга и, следовательно, эффективность крутящего момента, который испытывает ротор, равна нулю. Именно поэтому не происходит самозапуска однофазного асинхронного двигателя.

Способы создания самозапускающихся однофазных асинхронных двигателей

Из выше написанного можно легко сделать вывод, что однофазные асинхронные двигатели не самозапускаются потому как производимый статором переменный поток состоит из двух компонентов, которые компенсируют друг друга и, следовательно, нет эффективного крутящего момента.

Решение этой проблемы состоит в том, чтобы создать именно вращающийся магнитный поток, а не пульсирующий. Тогда двигатель станет самозапускающимся. Для этого надо сделать так, чтобы одна из компонент имела перевес относительно другой компоненты потока в ту или другую сторону. Изначально две компоненты потока находятся в противофазе относительно друг друга, то есть, сдвинуты на 180 градусов. Это можно сделать, добавив дополнительную компоненту потока, которую после пуска можно убрать и двигатель продолжит работать самостоятельно.

В зависимости от способов осуществления самозапуска однофазного асинхронного двигателя существует четыре вида двигателя:

1. С раздельными обмотками (Split phase induction motor).
2. С пусковым конденсатором (Capacitor start inductor motor).
3. С пусковым конденсатором и рабочей обмоткой (Capacitor start capacitor run induction motor).
4. Со смещенным полюсом (Shaded pole induction motor).

Сравнение однофазного и трёхфазного электродвигателей

1. Однофазные асинхронные электродвигатели просты в конструкции, надежны и экономичны в работе, обслуживании и эксплуатации в сравнении с трёхфазными асинхронными двигателями.
2. Коэффициент мощности однофазных асинхронных двигателей ниже в сравнении с трёхфазными асинхронными двигателями такой же мощности.
3. Однофазные асинхронные двигатели таких же габаритов, что и трёхфазные асинхронные двигатели выдают около 50% мощности.
4. Низкое значение пускового момента для однофазных асинхронных двигателей.
5. Эффективность (КПД) однофазных асинхронных двигателей меньше в сравнении с эффективностью трёхфазных асинхронных двигателей.

Дата: 26.01.2016

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

www.electricity-automation.com

---

• 
  Принцип работы контакторы
• 
  Как обозначается дифавтомат на схеме
• 
  Меняют ли окна при капитальном ремонте дома
• 
  7 августа 1986 ядерная катастрофа в сша
• 
  Принцип работы мтз
• 
  Почему в последовательной цепи резонансный ток максимален
• 
  Трансформатор тока трехфазный
• 
  Передать показания счетчиков света
• 
  Генераторы электрические
• 
  Какие льготы полагаются многодетным
• 
  Кто звонил 4959819819