Асинхронен двигател: принцип на работа и устройство

От целия спектър на произвежданите в момента електрически двигатели, трифазният асинхронен двигател е най-често срещаният. Почти половината от произведената електроенергия в света се използва от тези машини. Те се използват широко в металообработването и дървообработваща промишленост. Асинхронният двигател е незаменим във фабриките и помпени станции. Без такива машини не може да се направи в дома, където те се използват в други домакински уреди, както и ръчни електроинструменти.

Обхватът на тези електрически машини се разширява всеки ден, тъй като самите модели и материалите, използвани за производството им, се подобряват.

Какви са основните части на тази кола

След проучване на трифазния асинхронен двигател могат да се наблюдават два основни елемента.

1. Статорът.

2. Роторът.

Една от най-важните части е статорът . На снимката по-горе тази част на двигателя се намира отляво. Той се състои от следните основни елементи:

1. Жилище . Необходимо е да се свържат всички части на машината. Ако двигателят е малък, тялото е твърдо. Използваният материал е от чугун. Използват се също стоманени или алуминиеви сплави. Понякога случаят на малки двигатели съчетава функциите на ядрото. Ако двигателят е голям по размер и мощност, тялото е заварено от отделни части.

2. Ядро . Този елемент на двигателя се притиска в корпуса. Той служи за подобряване на качеството на магнитната индукция. Ядрото е направено от електрически стоманени плочи. За да се намалят неизбежните загуби при появата на вихрови токове, всяка плоча се покрива със слой от специален лак.

3. Навиване . Поставя се в жлебовете на сърцевината. Състои се от намотки от медна жица, които се събират в раздела. Свързани в определена последователност, те образуват три намотки, които заедно са статорна намотка. Тя се свързва директно към мрежата, така се нарича първична.

Роторът е движещата се част на двигателя. На снимката е отдясно. Той служи за превръщане на силата на магнитните полета в механична енергия. Роторът на асинхронния двигател се състои от следните части:

1. Val . Лагерите са фиксирани на ходилата му. Те се притискат към щитове, завинтени към крайните стени на статорната кутия.

2. Ядрото, което е монтирано на вала . Състои се от плочи от специална стомана с такова ценно свойство като ниска устойчивост на магнитни полета. Сърцевината, която има формата на цилиндър, е основата за полагане на намотката на котвата. Роторът или, както се нарича, вторичната намотка, получава енергия, дължаща се на магнитното поле, което се появява около намотките на статора, когато през тях преминава електрически ток.

Двигатели според типа производство на подвижната част

Разграничава двигателите:

1. Наличие на късо съединение на роторна намотка. Един от вариантите на тази подробност е показан на фигурата.

Асинхронният двигател с клетъчна клетка има намотка, изработена от алуминиеви пръти, които са разположени в жлебовете на сърцевината. В крайната част те са късо свързани чрез пръстени.

2. Електрически двигатели с ротор, произведен от хлъзгащи пръстени.

И двата вида асинхронни двигатели имат еднакъв дизайн на статора. Те се различават само по изпълнението на котвата.

Какъв е принципът на работа

Анкерът на трифазен асинхронен двигател, изпълнен по подобен начин, се върти поради ефекта от появата на променливо магнитно поле в статорните бобини. За да разберете как това се случва, трябва да запомните физическия закон на самоиндукцията. Той казва, че около проводник, през който преминава поток от заредени частици, възниква магнитно поле. Неговата величина ще бъде директно пропорционална на индуктивността на проводника и интензивността на потока на заредени частици, които текат в него. В допълнение, това магнитно поле образува сила със специфична насоченост. Тя е тази, която ни интересува, както и причината за въртенето на ротора. За ефективна работа на двигателя е необходимо да има мощен магнитен поток. Създава се благодарение на специален метод за монтиране на първичната намотка.

Известно е, че източникът на захранване има променливо напрежение. Следователно, магнитното поле около статора ще има същата характеристика, която пряко зависи от промяната на тока в захранващата мрежа. Трябва да се отбележи, че всяка фаза се измества една спрямо другата с 120 °.

Какво се случва в намотката на статора

Всяка фаза на захранващата мрежа е свързана със съответната серпентина на статора, така че възникващото около тях магнитно поле ще се измести с 120 °. Източникът на захранване има променливо напрежение, следователно, появява се променливо магнитно поле около намотките на статора, с които е разположен индукционният двигател. Асинхронната верига на мотора се сглобява така, че магнитното поле, образувано около статорните бобини, постепенно се променя и последователно преминава от една намотка към друга. Това създава ефект на въртящо се магнитно поле. Можете да изчислите скоростта му. Тя ще се измерва в обороти в минута. Определя се по формулата: n = 60f / p, където f е честотата на променливия ток в свързаната мрежа (Hz), p - съответства на броя двойки полюси, монтирани на статора.

Как работи роторът

Сега трябва да се помисли какви процеси се случват във вторичната намотка. Асинхронният двигател с клетъчна клетка има структурна характеристика. Факт е, че към намотката на анкера не се прилага никакво напрежение. Той възниква там поради магнитната индукционна връзка с първичната намотка. Следователно, протича процес, който е обратен на това, което се наблюдава в статора, в съответствие със закона, който заявява, че при преминаване на проводник, а в нашия случай това е късо съединение на роторна намотка, в него възниква електрически ток от магнитния поток. Откъде идва магнитното поле? Той е възникнал около първичната намотка, когато е свързан трифазен източник на захранване.

Свържете статора и ротора. Какво става?

По този начин имаме асинхронен мотор с късо съединение с ротор, в чиято намотка преминава електрически ток. Той ще бъде причината за магнитното поле около намотката на котвата. Полярността на този поток обаче ще се различава от тази, създадена от статора. Съответно, формираната от него сила ще се противопостави на тази, предизвикана от магнитното поле на първичната намотка. Това ще задейства ротора, тъй като вторичната намотка е монтирана върху нея, а валовете на котвения вал са фиксирани в корпуса на двигателя на лагери.

Разгледайте ситуацията на взаимодействие на силите, произтичащи от магнитните полета на статора и ротора, с течение на времето. Знаем, че магнитното поле на първичната намотка се върти и има определена честота. Създадената от него сила ще се движи с подобна скорост. Това ще доведе до работа на индукционния двигател. И роторът му ще се върти свободно около оста.

Slip ефект

Ситуацията, когато силовите потоци на ротора, сякаш отблъснати от въртящото се магнитно поле на статора, се нарича приплъзване. Трябва да се отбележи, че честотата на асинхронния двигател (n1) винаги е по-малка от тази, с която се движи магнитното поле на статора. Можете да го обясните по този начин. За да се появи ток в намотката на ротора, той трябва да бъде пресечен от магнитен поток с определено ъгловата скорост. И следователно е вярно, че скоростта на въртене на вала е по-голяма или равна на нула, но по-малка от интензивността на движението на магнитното поле на статора. Роторът има скорост на въртене, която зависи от силата на триене в лагерите, както и от количеството мощност, взета от вала на ротора. Следователно, тя сякаш изостава от магнитното поле на статора. Поради това честотата се нарича асинхронна.

По този начин електрическата енергия на източника на захранване се трансформира в кинетична енергия въртящ се вал. Неговата скорост на въртене е право пропорционална на честотата на тока на захранването и на броя на двойките статорни полюси. За да увеличите честотата на въртене на арматурата, можете да използвате честотни преобразуватели. Работата на тези устройства обаче трябва да съответства на броя на двойките полюси.

Как да свържете двигателя към електрозахранването

За да стартирате асинхронния двигател, той трябва да бъде свързан към трифазната токова мрежа. Схемата на асинхронния двигател се сглобява по два начина. На фигурата е показана схемата на свързване на кабелите на двигателя, при които статорните намотки са монтирани с помощта на звездния метод.

Тази илюстрация показва друг метод на свързване, наречен „триъгълник“. Веригите се сглобяват в клемна кутия, прикрепена към корпуса.

Трябва да знаете, че началото на всяка от трите намотки, които също се наричат ​​фазови намотки, се наричат ​​С1, С2, С3, съответно. По същия начин, краищата са подписани, които имат имената C4, C5, C6. Ако в клемната кутия няма маркировка за щифт, тогава началото и краят ще трябва да се определят самостоятелно.

Как да направим обратното

Ако е необходимо да се стартира асинхронния двигател, променяйки посоката на въртене на арматурата, просто трябва да смените двата проводника на свързания трифазен източник на напрежение.

Еднофазни асинхронни двигатели

В ежедневието е проблематично използването на трифазни двигатели поради липсата на необходимия източник на напрежение. Следователно, има еднофазен асинхронен двигател. Той също има статор, но със значителна структурна разлика. Състои се от количеството и метода на подреждане на намотките. Това определя схемата на стартиране на машината.

Ако еднофазен асинхронен двигател има статор с две намотки, те ще бъдат разположени около кръг под ъгъл 90 °. Намотките се наричат ​​стартиране и работа. Те са свързани паралелно, но за да се създадат условия за поява на въртящо се магнитно поле, допълнително се въвежда активно съпротивление или кондензатор. Това създава фазово изместване на токовете на навиване, близки до 90 °, като по този начин се създава условие за образуване на въртящо се магнитно поле.

Ако статорът има само една намотка, то еднофазно захранване, свързано с него, ще предизвика пулсиращо магнитно поле. Ще се появи променлив ток в късо съединение на роторната намотка. Той ще предизвика магнитния си поток. Резултатът от двете генерирани сили ще бъде нула. Следователно, за да стартирате двигателя с такава конструкция, е необходимо допълнително натискане. Можете да го създадете чрез свързване на кондензатор верига старт.

Свържете двигателя към еднофазна верига

Електромоторът, произведен за работа от трифазен източник на захранване, може да работи и от еднофазна домашна мрежа, но неговите характеристики, като ефективност и фактор на мощността, ще намалят значително. В допълнение, намалена мощност и начални характеристики.

Ако е невъзможно да се направи без връзка, тогава е необходимо да се сглоби верига от трите статорни намотки, където ще има само две. Единият работи, а другият започва. Например, има три намотки с начало на C1, C2, C3 и краищата на C4, C5, C6, съответно. За да се създаде първата (работна) намотка на двигателя, свържете краищата С5 и С6 и свържете техните начало С3 и С2 към еднофазен източник на ток, например 220-волтова битова мрежа. Ролята на втората, започваща намотка, ще се извърши от оставащата неизползвана бобина на стартера. Той се свързва към източник на захранване чрез кондензатор, свързан последователно с него.

Параметри на асинхронния двигател

При избора на такива машини, както и при тяхната по-нататъшна работа, е необходимо да се вземат предвид характеристиките на асинхронния двигател. Те са енергия - това е ефективността, факторът на мощността. Важно е да се имат предвид механичните параметри. Основната от тях е връзката между скоростта на въртене на вала и работната сила, приложена към нея. Има повече начални характеристики. Те определят началните, минималните и максималните моменти и тяхното съотношение. Също така е важно да се знае какъв е пусковият ток на асинхронния двигател. За най-ефективно използване на двигателя е необходимо да се вземат предвид всички тези параметри.

Не можете да пренебрегвате въпроса за енергоспестяването. Напоследък тя се разглежда не само от гледна точка на намаляване на оперативните разходи. Ефективността на електродвигателите намалява нивото на екологичните проблеми, свързани с производството на електроенергия.

Производителите са постоянно натоварени с разработването и производството на енергоспестяващи двигатели, увеличавайки експлоатационния им живот и намалявайки нивата на шум.

Възможно е да се подобрят показателите за енергоспестяване чрез намаляване на загубите по време на експлоатация. И те са пряко зависими от работната температура на машината. Освен това подобряването на тази характеристика неизбежно ще доведе до увеличаване на живота на двигателя.

За да намалите температурата на намотките, използвайте външен вентилатор, монтиран на стеблото на роторния вал. Но това води до неизбежно увеличаване на шума, генериран от двигателя по време на работа. Този индикатор е особено забележим при висока скорост на въртене на ротора.

По този начин е ясно, че асинхронният двигател има един основен недостатък. Той не е в състояние да поддържа постоянна честота на въртене на вала с увеличаване на натоварванията. Но този двигател има много предимства в сравнение с мостри на други двигатели.

Първо, той има здрав дизайн. Работата на асинхронния двигател не води до затруднения при използването му.

Второ, асинхронният двигател е икономичен в производството и експлоатацията.

Трето, тази кола е универсална. Има възможност за неговото използване във всякакви устройства, които не изискват точно поддържане на честотата на въртене на котвалния вал.

Четвърто, моторът с асинхронен принцип на работа също се изисква във всекидневния живот, получавайки енергия само от една фаза.