Асинхронный двигатель: плюсы и минусы, история изобретения

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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусыИстория 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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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

Асинхронный двигатель, его 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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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.

Читайте также:  Черногория: плюсы и минусы отдыха, лучшие места для путешествия с детьми

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

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы 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.

Читайте также:  Профессия косметолог: особенности, плюсы и минусы работы

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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

   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.

Асинхронный двигатель, его плюсы и минусы

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.

Читайте также:  Дарственная на квартиру: плюсы, минусы и что нужно знать, стоимость и сроки оформления

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/

Ссылка на основную публикацию