Подробности

Категория: Позновательные материалы

Опубликовано: 11.06.2016

 Асинхронный двигатель

Асинхронным двигателям трудно найти замену. Асинхронным считается мотор, работающий от переменного тока, в котором обороты ротора, не совпадают с оборотами магнитного поля, инициирующего ток в обмотке статора.

Общее описание

У асинхронной машины по сравнению с машиной постоянного тока полюса не явно выражены, т. е. это неявнополюсная магнитная система. Чтобы уменьшить вихревые токи, статорный сердечник набран из изолированных штампованных стальных листов 0,35-0,5 мм в толщину, закрепленных в стальном остове. Пазы статора заполнены обмоткой из медного провода. Обмотки статорных фаз могут соединяться в «звезду» или «треугольник», для этого их входы и выходы располагаются на специальном изолированном от корпуса щитке. Это создает массу удобств, поскольку есть возможность подводить к обмоткам статора напряжение разной величины. Ротор в асинхронной машине, как и охватываемая деталь, состоит из электротехнических стальных листов, а в пазы заложена обмотка. В функции от исполнения ротора асинхронных моторов машины бывают короткозамкнутыми и фазными. Не изолированная обмотка из меди короткозамкнутого ротора в виде стержней укладывается в его пазах. Торцы стержней соединяют медные кольца. Обмотка такого типа названа «беличьей клеткой». Иногда вместо нее пользуются отлитым узлом вращения. Из асинхронных машин с фазным ротором (наличие контактных колец) состоят мощные приводы. Также ими создается большое усилие в момент трогания с нуля. С этой целью в их обмотки включается реостат пуска. В мощных машинах между ротором и статором зазор составляет 1-1,5 мм, в моторах малой мощности он и того меньше. Вал опирается на подшипники, установленные в крышках.

Принцип работы

Движущей силой в асинхронной машине является магнитное поле вращения. Как это работает, можно рассмотреть на следующем примере. При вращении П-образного магнита, между полюсами которого расположен свободно вращающийся металлический цилиндр, поле магнита, вращаясь, будет пересекать ротор посредством своих силовых линий. Внутри ротора при этом наведутся токи Фуко и магнитное поле. Эти поля, взаимодействуя друг с другом, начнут крутить ротор. Магнит и, создаваемое им поле, будут вращаться синхронно, а обороты цилиндра отставать (асинхронность). Отсюда и пошло наименование асинхронной машины. Запаздывание вращения ротора по отношению к магнитному полю, есть скольжение.
В данном примере источником циркуляции магнитного поля и ротора является приводимый во вращение постоянный магнит. Понятно, что это еще не есть электродвигатель, в котором циркулирующее магнитное поле должно создаваться электрическим током, и приводить во вращение ротор. Эту задачу удалось решить М. О. Доливо-Добровольскому, который для этого воспользовался трехфазным током. Сердечник кольцевого вида из железа (статор) имеет полюса, расположенные по кругу через 120о, на которые намотаны 3 обмотки сети 3-х фазного тока. В сердечнике расположен цилиндр из металла – прообраз ротора электромотора. Соединив обмотки в «звезду» или «треугольник», и подав на них 3-х фазный ток, общему магнитному полю, созданному полюсами, придается вращение. За один цикл изменения тока, протекающего в обмотках, магнитный поток также совершит поворот на 360о и инициирует вращение цилиндра, а это и есть асинхронная машина.Если вторую обмотку заменить третьей, то произойдет реверс магнитного поля. То же самое будет, если заменить ток второй фазы на третью. Это значит, реверс магнитного потока возможен, если переключить 2 любые фазы.
Таково устройство асинхронной машины, статор которой имеет 3 обмотки. В ней обороты 2-х полюсного магнитного поля совпадают с количеством циклов изменения тока за равное время.Если статор содержит по кругу 6 обмоток, то инициируется 4-х полюсное магнитное поле, если девять – 6-ти полюсное вращающееся поле. В случае частоты 3-х фазного тока 50 Герц, обороты поля будут при:
- 2-х полюсном статоре – 50 об/сек;
- 4-х полюсном – 25 об/сек;
- 6-ти полюсном – 17 об/сек.
Ротор машины будет немного отставать по отношению к магнитному потоку. В случае холостого хода изделия несовпадение составит 3%, под нагрузкой – 6%.

Преимущества и недостатки

В общей массе электромашин асинхронных с короткозамкнутым ротором – большинство. Это связано с простым устройством, обслуживанием и эксплуатацией при высокой надежности и низкой стоимости. Также обороты такого двигателя в условиях переменной нагрузки остаются почти постоянными.Рассматриваемым асинхронным машинам не нужны щетки и кольца контакта, т. к. ток идет прямо на стационарную 3-х фазную статорную обмотку, что очень удобно в применении и делают их почти универсальными. Если между нагрузкой на двигатель и скоростью нет связи, и не требуется регулировка оборотов, то двигатель можно включать в любую сеть напрямую. Только при его включении в однофазную сеть потребуется пусковой фазосдвигающий конденсатор.
У этих устройств есть и минусы:
- необходимость большого пускового тока;
- малая величина пускового момента;
- резкая реакция на изменяющие параметры сети;
- для управления скоростью не обойтись без преобразователя частоты;
- потребление реактивной мощности из сети.
Данные электромашины имеют своим пределом мощность системы электроснабжения конкретного предприятия, т. к. большие пусковые токи при малой мощности системы «садят» напряжение. Также они обладают низким мощностным коэффициентом, особенно когда нагрузка малая или включен холостой ход, что плохо для электрической системы в целом. На предприятиях это вызывает заметные потери, поэтому везде применяются системы для поддержания реактивной мощности, для чего коллинеарно обмоткам электродвигателя, подключают компенсирующие конденсаторы. Меньшим пусковым током и увеличенным пусковым моментом обладают асинхронные машины с фазным ротором с пусковыми реостатами в их цепи. Однако это усложняет конструкцию и увеличивает стоимость.

Сферы применения

Без асинхронных машин с короткозамкнутым ротором не может обойтись ни промышленность, ни транспорт, ни быт и др. Они используются практически везде. Это и электроприводы дымососов, подъемных кранов, шаровых мельниц, насосов, лебедок, дробилок, станков, бытовой техники. При необходимости ступенчатого изменения скорости (в тех же лифтах) пользуются многоскоростными асинхронными двигателями. Где требуется быстро остановиться и зафиксировать вал, когда исчезает напряжение, не обойтись без асинхронных двигателей с электромагнитным стопором (станки, лебедки). Асинхронные двигатели с большой величиной скольжения хорошо справляются с повторно-кратковременными режимами и при пульсации нагрузки.Широкое применение находится и линейным асинхронным двигателям из-за простого производства и хорошей надежности. Однофазными машинами оборудуются небольшие устройства (бытовые вентиляторы, мини-помпы и др.).
Наиболее эффективны 2-х фазные асинхронные машины, когда их питание идет от однофазной сети переменного тока. Другое их название – конденсаторные двигатели, поскольку без фазосдвигающего конденсатора они не могут работать.Трехфазные электромашины устанавливаются на станочное оборудование, тали, пилорамы, строительные краны и др. У 3-х фазных асинхронных машин с фазным ротором цена выше, чем у машин с короткозамкнутым ротором, но их пусковые нагрузочные моменты намного больше. Поэтому эти двигатели составляют привода на лифтах и подъемных кранах, т. е. там, где требуется запуск в условиях нагрузки.