Асинхронный двигатель переменного: Двигатели переменного тока, асинхронные двигатели

Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

Содержание

1. Устройство асинхронного электродвигателя
2. Принцип работы асинхронного двигателя
3. Преимущества асинхронных двигателей

Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

Устройство асинхронного электродвигателя

В его конструкцию входят следующие элементы:

• Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
• Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
• Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

Пошагово процесс выглядит следующим образом:

1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

• Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
• Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
• Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
• Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Асинхронный Двигатель Переменного Тока: Подключение, Ремонт

Строение такого двигателя не отличается большой сложностью

Электрические моторы заняли в жизни человека почетное место и применяются в приборах различной мощности и габаритов. Встретить их можно повсеместно, начиная от электрических зубных щеток, стиральных машин микроволновых печей до беговых дорожек, промышленного оборудования или огромных автомобилях.

Причина популярности предельно ясна даже неспециалисту – простота устройства, легкость в обслуживании, рентабельность производства и многое другое, включая повсеместную электрификацию. Исключение, пожалуй, составляют автомобили, так как подать к ним ток по проводам нельзя, если это не троллейбус, но и то, в этом направлении сегодня ведется множество разработок.

Сегодня мы с вами поговорим о том, что представляет собой асинхронный двигатель переменного тока. Узнаем, как он устроен, и за счет каких принципов работает. Погнали!

Содержание

• Что такое асинхронный двигатель
  • Схематическое строение
  • Принцип вращение электромагнитного поля
• Особенности асинхронного двигателя
  • Скольжение ротора
  • Питание двигателя
  • Подключение трехфазного двигателя асинхронного типа к однофазной сети
  • Как управлять электродвигателем
• Асинхронный двигатель с фазным ротором

Что такое асинхронный двигатель

Классический двигатель переменного тока асинхронный

Трехфазный асинхронный двигатель мало чем отличается от своих собратьев и состоит из двух основных частей – вращающейся и неподвижной, или другими словами ротора и статора. Располагаются они один в другом при этом, не касаясь друг друга. Между деталями имеется небольшой воздушный зазор от 0,5 до 2 миллиметров, в зависимости от конструкции двигателя.

Схематическое строение

Однако это не все детали. Давайте разберем строение более подробно.

Схематическое строение трехфазного двигателя

• Статор – фактически главная рабочая часть, являющаяся мощным электромагнитом. Состоит он их сердечника, выполненного из тонколистовой технической стали, толщиной всего лишь 0,5 миллиметров, которая покрывается токоизоляционным лаком, и обмотки, сделанной из медной проволоки, которая также изолирована и располагается продольных пазах сердечника

Строение статора прекрасно видно на представленной выше схеме, где показано, что сердечник собран из множества пластин совмещенных друг с другом.

Цилиндр на валу снизу – это и есть ротор

• Ротор – данный элемент также состоит из сердечника, обмотка которого короткозамкнута (хотя бывает и другое строение), который располагается на валу. Сердечник этого элемента также представлена в виде шихтованной детали, однако сталь не покрывается лаком, так как ток, протекающий внутри, будет очень слабым, и естественной оксидной пленки будет вполне достаточно, чтобы ограничить вихревые токи.
• Вал мотора представляет собой центральную ось, вокруг которой и происходит вращение электромотора. С разных концов на этом элементе располагаются подшипники качения, за счет которых обороты происходят максимально плавно и легко. Сами подшипники запрессованы в боковые крышки, в которых имеются посадочные места под них.

Совет! Подшипники должны сидеть очень плотно, при этом они должны быть отцентрованы, смазаны, легко вращаться, то есть быть исправными, иначе при высоких оборотах двигатель очень быстро выйдет из строя.

Разбитая и новые крыльчатки

• На конце вала, противоположном приводу, располагается небольшая крыльчатка, которая при включенном двигателе выполняет функцию его охлаждения. Кстати, данный элемент тоже может стать причиной появления вибрации в двигателе, если его лопасти отломаются, что негативно сказывается на сроке службы агрегата. Пример разбитого вентилятора можно увидеть на фото выше.
• Идем по цепочке. Боковые крышки корпуса крепятся к станине, которая удерживает все вышеназванное вместе.

Также любой двигатель имеет пусковую аппаратуру и силовые цепи, о чем мы подробнее поговорим немного позже.

Принцип вращение электромагнитного поля

Электромагнитная индукция в моторах

Главной особенностью любого электрического двигателя является то, что он способен переводить электрическую энергию в кинетическую, то есть механическую. При этом, разобрав его строение, вы можете увидеть, что никакого прямого или передаточного привода он не имеет. Как же тогда происходит вращение двигателя?

Вся фишка в том, что обмотка статора способна создавать сильное вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор, при включении мотора в электрическую сеть. Данное магнитное поле имеет определенную частоту вращения, которая прямопропорциональна частоте переменного тока, и имеет обратную пропорциональность числу пар полюсов обмотки.

То есть данную частоту можно вычислить по формуле: n1 = f1*60/p, где: n1 – частота вращения магнитного поля; f1 – частота переменного тока в Герцах; p – количество пар полюсов.

Строение асинхронного двигателя переменного тока

Пока ничего не понятно?

Ничего, сейчас во всем разберемся.

• Чтобы наглядно себе представить принцип вращения магнитного поля, давайте рассмотрим примитивную трехфазную обмотку, имеющую всего три витка.

Пример того, как вращается магнитное поле в электрическом двигателе

• Витки – это проводники, по которым при включении в сеть протекает электрический ток. Во время этого процесса вокруг проводника возникает электромагнитное поле.
• Мы знаем, что показатели переменного тока изменяются со временем – сначала он нарастает, затем падает до нуля, потом течет в обратном направлении по тому же принципу, и так до бесконечности. Именно поэтому переменный ток изображают в виде синусоиды.

Графическое изображение переменного тока

• В то время как изменяются показатели тока, меняются и параметры магнитного поля, вызываемого им.
• Особенностью трехфазных двигателей и генераторов является то, что в один момент времени по обмотке статора ток протекает в фазах со смещением на 120 градусов, то есть на треть времени одного такта.
• Такт – это 1 Герц, то есть прохождение переменным током одного полного цикла колебания синусоиды. Схематически это будет выглядеть вот так.

Смещение между фазами составляет ровно 120 градусов

• В результате в статоре двигателя одновременно образуется несколько магнитных полей, которые, взаимодействуя, дают результирующее поле.

Изменение магнитного поля в разные моменты времени

• Когда происходит изменение параметров токов, протекающих в фазах, начинает изменяться и результирующее магнитное поле. Выражается это в смене его ориентации, при том, что амплитуда остается одинаковой.
• В результате получается так, что магнитное поле вращается вокруг некой центральной оси.

А что будет, если внутрь данного магнитного поля поместить проводник?

Принцип электромагнитной индукции

Согласно закону об электромагнитной индукции, который мы подробно описывали в статье про генераторы постоянного и переменного тока, в проводнике возникает электродвижущая сила, сокращенно ЭДС. Если этот проводник замкнут на внешнюю цепь или на себя, то в нем потечет ток.

Согласно закону Ампера, на проводник с током, помещенным в магнитное поле, начинает действовать сила, и контур начинает вращаться. По этому принципу и работают асинхронные двигатели переменного тока, однако вместо рамки в магнитном поле находится короткозамкнутый ротор, который своим внешним видом напоминает беличье колесо.

Строение короткозамкнутого ротора

• Как видно из схемы выше, такой ротор состоит из параллельно расположенных стержней, которые с торцов замкнуты двумя кольцами.
• При подключении статора к электрической сети, он начинает формировать вращающееся магнитное поле, которое индуктирует во всех стержнях ротора ЭДС, из-за чего ротор начнет вращаться.
• При этом в разных стержнях будет отличаться направление текущего тока и его величина, в зависимости от того, в каком положении они находятся относительно полюсов магнитного поля. Опять-таки, если не понятно, то отсылаем вас снова к закону об электромагнитной индукции.

Изменение ЭДС на примере генератора переменного тока

Интересно знать! Стержни на роторе наклоняют относительно оси его вращения. Делается это для того, чтобы пульсация момента и высшие гармоники ЭДС, сокращающие эффективность двигателя, были меньше.

Особенности асинхронного двигателя

Неприхотливые в эксплуатации электромоторы

Итак, давайте разбираться с тем, какие двигатели переменного тока называются асинхронными.

Скольжение ротора

Главной особенностью таких агрегатов является то,  что частота вращения ротора отличается от этого же показателя у магнитного поля. Назовем условно эти значения n2 и n1, соответственно.

Объяснить это можно тем, что индуцироваться ЭДС может только при этом неравенстве – n2 должна быть меньше n1. Разница в частотах этих вращений называется частотой скольжения, а сам эффект отставания ротора и называется скольжением, которое обозначается как «s». Высчитать этот параметр можно по следующей формуле: s = (n1-n2)/n1.

Асинхронный двигатель в разрезе

• Давайте представим себе ситуацию, в которой частоты n1 и n2 будут одинаковыми. В этом случае положение стержней ротора относительно магнитного поля будет неизменным, а значит, движение проводников относительно магнитного поля происходить не будет, то есть ЭДС не индуктируется, и ток не течет. Отсюда следует вывод, что сил приводящих ротор в движение возникать не будет.
• Если предположить, что изначально двигатель был в движении, то теперь ротор начнет замедляться, отставая от магнитного поля, а значит, стержни сместятся относительно магнитного поля и снова начнет расти ЭДС и движущая сила, то есть вращение снова возобновится.
• Приведенное описание довольно грубое. В реальности ротор асинхронного двигателя никогда не может догнать скорость вращения магнитного поля, поэтому крутится равномерно.
• Уровень скольжения тоже величина непостоянная, и может изменяться от 0 до 1, или другими словами, от 0 до 100 процентов. Если скольжение близко к 0, что соответствует холостому режиму работы двигателя, то есть ротор не будет испытывать противодействующий момент. Если значение этого параметра близко к 1 (режим короткого замыкания), то ротор будет неподвижен.
• Отсюда можно сделать вывод, что скольжение напрямую будет зависеть от механической нагрузки на вал двигателя, и чем она больше, тем выше и коэффициент.

Принцип работы асинхронного двигателя

• Для асинхронных двигателей средней и малой мощности допустимый коэффициент скольжения находится в диапазоне от 2 до 8%.

Мы уже написали, что такой двигатель преобразует электрическую энергию с обмоток статора в кинетическую, однако стоит понимать, что эти силы не равны друг другу. Всегда при преобразовании происходят потери на гистерезисе, нагреве, трении и вихревых токах.

Данная часть энергии рассеивается в виде тепловой, поэтому двигатель и оборудуется вентилятором для охлаждения.

Питание двигателя

Схема подключения

Давайте теперь разберемся с тем, как происходит подключение асинхронного электродвигателя переменного тока.

• Мы уже вкратце описывали, как протекает ток в трехфазной сети, но не совсем понятно, какие выгоды такое питание имеет перед однофазными или двухфазными аналогами.
• В первую очередь можно отметить экономичность системы с таким подключением.
• Также для нее характерна большая эффективность.

Фазы подключаются к обмотке статора по определенным схемам, называемым звезда и треугольник, каждая из которых имеет свои особенности. Соединения эти могут быть выполнены как внутри двигателя, так и снаружи, в распределительной коробке. В первом случае из корпуса выходит три провода, а во втором шесть.

Для лучшего понимания принципов работ схем давайте введем некоторые понятия:

1. Фазное напряжение – напряжение в одной фазе, то есть разница потенциалов между ее концами.
2. Линейное напряжение – это разница в потенциалах разных фаз.

Эти значения очень важны, так как позволяют рассчитать потребляемую мощность электромотора.

Вот формулы, предназначенные для этого:

Формулы расчета мощности двигателя

Данные формулы вычисления мощности двигателя справедливы для подключения и звездой, и треугольником. Однако стоит всегда учитывать, что подключение одного и того же двигателя разными способами будет сказываться на его энергопотреблении.

А если потребляемая мощность не соответствует параметрам двигателя, то может произойти расплавление обмотки статора, и моментальный выход из строя агрегата.

Чтобы понять это лучше, давайте разберем один наглядный пример:

• Представьте двигатель, подключенный по схеме «звезда», который подключен в сеть переменного тока. Линейное напряжение будет составлять 380В, а фазовое 220В. Потребляет при этом он 1А.
• Высчитываем мощность: 1,73*380*1 = 658 Вт – 1,73 является корнем из 3.
• Если сменить схему подключения на треугольник, то получится следующее. Линейное напряжение останется без изменений и составит 380В, а вот фазовое напряжение (вычисляем по первой формуле) увеличится и станет таким же 380В.
• Увеличенное в корень из 3 раз фазовое напряжение, приведет к увеличению в такое же количество раз фазового тока. То есть Iл будет равно не 1, а 1,73*1,73, что приблизительно равняется 3
• Повторяем расчет мощности: 1,73*380*3 = 1975 Вт.

Как видно из примера, потребляемая мощность стала намного больше, и если двигатель не рассчитан на работу в таком режиме, то он неизбежно перегорит.

Как выглядят схематично разбираемые подключения обмотки

Подключение трехфазного двигателя асинхронного типа к однофазной сети

Разобрав принцип работы трехфазного асинхронного двигателя переменного тока, становится понятным, что напрямую подключить его к общественным сетям, в который «царит» одна фаза,  не так просто. Выполнить такое подключение становится возможным, если применить фазосдвигающие элементы.

Варианты подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

При таком подключении двигатель может работать в двух режимах:

1. Первый ничем не отличается от работы однофазных двигателей (смотреть рисунки а, б и г, где применяется пусковая обмотка). При таком режиме работы двигатель способен выдать лишь 40-50% от своей номинальной мощности.
2. Второй (в, д, е) – режим конденсаторного двигателя, при котором агрегат способен выдать до 80-ти% мощности (в схему включен постоянно работающий конденсатор).

Совет! Емкость конденсатора рассчитывается по специальным формулам, согласно выбранной схеме.

Как управлять электродвигателем

Управление асинхронным электродвигателем переменного тока может быть реализовано тремя способами:

Магнитный пускатель

• Прямое подключение к питающей сети – для этого применяются магнитные пускатели, с помощью которых можно реализовать нереверсивные и реверсивные режимы работы мотора. Отличие, думаем понятно – во втором случае двигатель мотет вращаться в другом направлении. Недостатком такого подключения является то, что в цепи присутствуют большие пусковые токи, что не очень хорошо для самого агрегата. Цена такого устройства будет самой низкой

Устройство плавного пуска

• Плавный пуск двигателя – такие устройства для управления применяются тогда, когда вам требуется возможность регулировки скорости вращения вала при запуске двигателя. Показанный прибор уменьшает пусковые токи, в результате чего защищает двигатель от больших пусковых токов. Оно обеспечивает плавный старт и остановку вала.

Частотный преобразователь

• Самым дорогим и сложным подключением электрического двигателя является применение частотного преобразователя. Такое решение используется тогда, когда требуется регулировка скорости вращения вала двигателя не только при старте и торможении. Данное устройство способно менять частоту и напряжение подаваемого на двигатель тока.
• Его применение имеет следующие плюсы: во-первых сокращается энергопотребление мотора; во-вторых, как и устройство плавного пуска, двигатель защищается от ненужных перегрузок, что благотворно сказывается на его состоянии и сроке службы.

Частотные преобразователи могут реализовать следующие методы регулирования:

Скалярное управление

1. Управление скалярного типа. Наиболее простой и недорогой в реализации, обладающий медленным откликом на изменение нагрузки в сети и небольшим диапазоном регулировки, в виде недостатков. Из-за того подобное управление применимо лишь там, где изменение нагрузки происходит по определенному закону, например, переключение режимов в фене.
2. Управление векторного типа. Данная схема применяется там, где требуется обеспечить независимое управление вращением электродвигателя, например, в лифте. Она позволяет сохранять одинаковые обороты даже при изменяющихся параметрах нагрузки.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Более сложная конструкция асинхронного двигателя

До того момента, как частотные преобразователи получили широкое распространение, асинхронные двигатели большой и средней мощности изготавливались с фазным ротором. Такая конструкция дает двигателю лучшие свойства по плавному пуску и регулировке оборотов, однако  эти агрегаты намного сложнее в плане строения.

• Статор такого мотора ничем не отличается от того, что устанавливается в двигателях с короткозамкнутым ротором, но вот сам ротор устроен по-другому.
• Также как и статор, он имеет трехфазную обмотку, которая подключается «звездой» к контактным кольцам. Обмотка укладывается в пазы стального сердечника, от которого она изолируется.

Кольца контактные

• Контактные кольца соединяются через графитовые щетки с трехфазным пусковым или регулировочным реостатом, с помощью которого и производится пуск ротора.

Реостат жидкостного типа

• Реостаты бывают металлическими и жидкостными. Первые (их еще называют проволочными) – ступенчатые, которые управляются механическим переключением своими руками рукояти контроллера, либо автоматически, при помощи контроллера с электроприводом. Вторые представляют собой некие сосуды с электролитом, в который опущены электроды. Изменение сопротивления такого реостата осуществляется за счет глубины их погружения.

Интересно знать! Отдельные модели АДФР, с целью увеличения КПД и ресурса щеток, после запуска ротора поднимают щетки и за счет короткозамкнутого механизма замыкают кольца.

На сегодняшний день устройства с фазными роторами практически не применяются, так как их эффективно заменяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, оснащенные частотным преобразователем.

На этом подведем итог. Мы узнали строение асинхронного трехфазного двигателя и принцип его работы. Материал для большинства читателей будет теоретическим, но, думаем, все равно интересным. Если вам нужно узнать, как выполнить ремонт асинхронного двигателя переменного тока, то прочтите предыдущую статью на нашем сайте. Там будет дана инструкция по разбору, и рассказано, что можно диагностировать и исправить самостоятельно, не обращаясь в мастерскую. Также рекомендуем к просмотру подобранное нами видео.

Как работают асинхронные двигатели переменного тока?

Motors 101: Как работают асинхронные двигатели переменного тока?

Если вы когда-либо включали вентилятор в жаркий день или загружали белье в стиральную машину, вы лично сталкивались с асинхронным двигателем переменного тока. Это одни из самых универсальных и часто используемых двигателей в мире, а также один из многих типов электродвигателей, которые мы настраиваем в соответствии с вашими потребностями.

Несмотря на то, что конструкция асинхронных двигателей проста, принципы их работы требуют небольшого пояснения.

Асинхронные двигатели переменного тока: богатая история использования

История изобретения асинхронного двигателя насчитывает более 100 лет. Хотя несколько человек внесли свой вклад в его разработку, его изобретение часто приписывают Николе Тесле. Он был первым, кто подал заявку на патент в Соединенных Штатах в 1887 году.

В то же время Джордж Вестингауз разрабатывал систему получения электроэнергии от переменного тока, что имело решающее значение для успеха асинхронного двигателя. Westinghouse заключила контракт с Tesla на разработку двигателя, но только когда General Electric лицензировала и усовершенствовала конструкцию 10 лет спустя, родился двигатель, который мы используем сегодня.

Асинхронные двигатели переменного тока: богатая история использования

История изобретения асинхронного двигателя насчитывает более 100 лет. Хотя несколько человек внесли свой вклад в его разработку, его изобретение часто приписывают Николе Тесле. Он был первым, кто подал заявку на патент в Соединенных Штатах в 1887 году.

В то же время Джордж Вестингауз разрабатывал систему получения электроэнергии от переменного тока, что имело решающее значение для успеха асинхронного двигателя. Westinghouse заключила контракт с Tesla на разработку двигателя, но только когда General Electric лицензировала и усовершенствовала конструкцию 10 лет спустя, родился двигатель, который мы используем сегодня.

Две основные части: статор и ротор

Асинхронный двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов:

• Статор
• Ротор , камера, в которой вращается ротор. Статор создает магнитную силу через переменный ток, который «заставляет» ротор вращаться.

  Статор

  Статор образован кольцом электромагнитов. Он состоит из тонких стальных или железных слоев с прорезями, сложенных вместе в виде цилиндра. Медная проволока наматывается в чередующихся направлениях через внутреннюю часть цилиндра, создавая магнитные полюса.

  Когда переменный ток протекает через эти проволочные катушки, они образуют пары чередующихся полюсов, один северный и один южный. Этот ток заставляет направленный поток и полярность полюсов прыгать между северным и южным полюсами с каждым полупериодом. Это приводит к переменному магнитному полю, которое вращается с единой силой.

  Ротор

  Ротор также состоит из группы электромагнитов, расположенных вокруг цилиндра. Этот похожий на ось аппарат прижимается внутри статора. Магнитные поля, индуцированные внутри ротора, притягиваются к магнитному полю, создаваемому статором, следуя за ним по мере его вращения с каждым полупериодом переменного тока.

  Этот тип двигателя называется асинхронным, потому что магнитное поле, создаваемое в статоре, индуцирует магнитное поле в роторе. В роторе асинхронного двигателя нет постоянных магнитов.

  Асинхронные двигатели переменного тока: рабочая лошадка для любой работы

  Асинхронные двигатели переменного тока существуют уже более ста лет и являются важными компонентами широкого спектра промышленного и коммерческого оборудования:

  Автоматические дверные приводы

  Льдогенераторы

  Конвейеры

  Насосы

  Оборудование для общественного питания

  Оборудование для ухода за полами и бассейнами

   

  Асинхронные двигатели переменного тока предлагают гибкие, надежные и экономичные решения даже для самых требовательных OEM-приложений.

  Contact Power Electric

  Корпоративная штаб-квартира:
  15300 25-й авеню.0064

  Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта. Мы предполагаем, что вы согласны с этим, но вы можете отказаться, если хотите. Настройки cookieACCEPT

  Политика конфиденциальности и использования файлов cookie

  Запросить предложение

  Запросить предложение по двигателю

  Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока

  Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока — объясните это

  Вы здесь:
  Домашняя страница >
  Электричество и электроника >
  Асинхронные двигатели

  • Дом
  • Индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

  Реклама

  Криса Вудфорда. Последнее обновление: 26 января 2023 г.

  Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, вероятно, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как
  основные моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из
  двигатели, которые мы используем каждый день — во всем, от заводских машин до
  электрички — вообще так не работают. Что за книги
  расскажите нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют
  петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни,
  большинство мощных двигателей используют переменный ток (AC) и
  работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукционными
  двигатели, и они весьма изобретательно используют вращающееся магнитное поле.
  Давайте посмотрим поближе!

  Фото: Электромагнетизм, создаваемый катушками из плотно намотанной медной проволоки, — это «мощность» асинхронных двигателей переменного тока. Фото Тейлора Л. Джексона предоставлено ВМС США и Wikimedia Commons.

  Содержание

  1. Как работает обычный двигатель постоянного тока?
  2. Как работает двигатель переменного тока?
  3. Как работает асинхронный двигатель переменного тока?
  4. Асинхронные двигатели на практике
  5. Преимущества и недостатки асинхронных двигателей
  6. Кто изобрел асинхронный двигатель?
  7. Узнать больше

  Как работает обычный двигатель постоянного тока?

  Простые двигатели, описанные в научных книгах, основаны на
  кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешивается между
  полюса магнита. (Физики назвали бы это
  проводник с током, находящийся в магнитном поле.) Когда
  вы подключаете такой провод к батарее, через него протекает постоянный ток, создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле
  отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего проволока
  перевернуть.

  Обычно провод останавливается в этой точке, а затем снова переворачивается,
  но если мы используем остроумное вращающееся соединение
  называется коммутатором, мы можем менять направление тока каждый раз, когда
  проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в
  в том же направлении, пока течет ток. Это
  Суть простого электродвигателя постоянного тока, который был задуман в
  1820-е годы Майкла Фарадея и
  превратилось в практическое изобретение о
  десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

  Рисунок: Электродвигатель постоянного тока основан на петле из проволоки, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты коммутатора) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод переворачивается, благодаря чему он вращается в том же направлении.

  Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро
  обобщить, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его
  магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю, статическую часть
  двигатель (статор), а катушка провода, несущая электрический
  ток формирует вращающуюся часть двигателя
  (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой
  постоянным магнитом, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая
  составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитными
  поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором
  что заставляет двигатель крутиться.

  Рекламные ссылки

  Как работает двигатель переменного тока?

  В отличие от игрушек и фонариков, в большинстве домов, офисов,
  заводы и другие здания не питаются от маленьких батареек:
  они питаются не от постоянного тока, а от переменного
  (AC), который меняет свое направление примерно 50 раз в секунду
  (с частотой 50 Гц). Если вы хотите, чтобы двигатель работал от бытовой сети переменного тока,
  вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

  В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов
  расположены снаружи (составляя статор),
  которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.
  Внутри статора есть сплошная металлическая ось, проволочная петля,
  катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений
  (например, вращающиеся клетки, которые люди иногда развлекают домашними мышами),
  или какая-либо другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить
  электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы отправляете энергию на внутреннюю
  ротор, в двигателе переменного тока вы отправляете мощность на внешние катушки, которые составляют
  статор. Катушки запитываются попарно, последовательно,
  создавая магнитное поле, которое вращается вокруг двигателя снаружи.

  Фото: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятым корпусом и ротором, видны медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя). Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/NREL.

  Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри
  магнитное поле, является электрическим проводником. Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому
  согласно законам электромагнетизма (закону Фарадея, если быть точным), магнитное поле производит (или индуцирует, используя термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или проволоку, ток течет по нему по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вокруг него закручиваются вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит свое
  собственного магнитного поля и, согласно другому закону электромагнетизма
  (закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает —
  вращающееся магнитное поле — также вращением. (Вы можете думать о роторе
  отчаянно пытаясь «догнать» вращающееся магнитное поле, чтобы устранить
  разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция является ключом к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным двигателем.

  Фото: Эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль Пуэнте любезно предоставлено
  НРЕЛ.

  Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

  Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить ситуацию:

  1. Две пары катушек электромагнитов, показанные здесь красным и синим, поочередно питаются от источника переменного тока (не показан, но входит в провода справа). Две красные катушки соединены последовательно и запитываются вместе, а две синие
     катушки подключены одинаково. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается резко (как показано на этой анимации), а плавно возрастает и падает в форме синусоиды: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (90° не по фазе).
  2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе. Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитному полю внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
  3. Поскольку магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в том же направлении и (теоретически) почти с той же скоростью.

  Асинхронные двигатели на практике

  Что управляет скоростью двигателя переменного тока?

  Фото: Частотно-регулируемый двигатель. Фото Уоррена Гретца предоставлено
  НРЕЛ.

  В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается точно с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора асинхронного двигателя зависит от частоты сети переменного тока и количества витков, составляющих статор, и при отсутствии нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (что бы он ни приводил) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «скольжение» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью вращения ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (заставить его работать быстрее или медленнее), вы должны увеличить или уменьшить частоту источника переменного тока, используя так называемый
  частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде фабричной машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете цепью, которая повышает или понижает частоту тока, приводящего в движение двигатель.

  Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

  Мы не обязательно должны управлять ротором с четырьмя катушками (две противоположные пары), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать двигатель. Количество отдельных электрических токов, питающих катушки независимо, не синхронно, известно как фаза двигателя, поэтому показанная выше конструкция представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не синхронно в двух парах). ). В трехфазном двигателе у нас может быть три катушки, расположенные вокруг статора треугольником, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

  Анимация: трехфазный двигатель, работающий от трех токов (обозначен красным, зеленым и
  синие пары катушек), сдвинутые по фазе на 120°.

  Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

  Преимущества

  Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть,
  ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ
  двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются
  выходят из строя и время от времени нуждаются в замене. Трение между щетками и
  коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).
  [1]

  Произведение искусства: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно они преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную, исходящую механическую работу. Несмотря на это, внутри обмоток по-прежнему теряется довольно много энергии в виде тепла, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство промышленных двигателей переменного тока имеют встроенную систему охлаждения. Внутри корпуса есть вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, приводящей в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в мотор, обдувая его снаружи корпуса мимо ребер радиатора. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у электродвигателей такие выступы снаружи (как вы можете видеть на различных фотографиях на этой странице), то причина в том, что они охлаждают двигатель.

  Недостатки

  Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в движение, он вращается с
  постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушек. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое превращает постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно переменное магнитное поле, чтобы вращать ротор.

  Фото: Статор создает магнитное поле с помощью плотно намотанных катушек из медной проволоки,
  которые называются обмотками. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, один из вариантов — заменить его другим двигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — квалифицированная работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено
  ВМС США.

  Кто изобрел асинхронный двигатель?

  Никола Тесла (1856–1943) был физиком.
  и плодовитый изобретатель, чей удивительный вклад в науку и технику
  никогда не были полностью признаны. После того, как он прибыл в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал
  работал на знаменитого пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин выпали
  катастрофически и вскоре стали заклятыми соперниками. Тесла твердо верил
  что переменный ток (AC) намного превосходит постоянный ток (DC),
  в то время как Эдисон думал об обратном. Со своим партнером Джорджем
  Вестингауз, Тесла защищали переменный ток, а Эдисон
  полны решимости управлять миром в округе Колумбия и придумывали всевозможные
  рекламные трюки, чтобы доказать, что переменный ток слишком опасен для широкого использования
  (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и
  даже убить слона Топси электрическим током, чтобы показать, насколько это смертельно и жестоко). Битва между этими двумя
  очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной токов.

  Работа: Оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Это работает точно так же, как анимация выше, с двумя синими и двумя красными катушками, попеременно питаемыми генератором справа. Это произведение искусства взято из оригинального патента Теслы, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться самостоятельно в приведенных ниже ссылках.

  Несмотря на все (или худшие) усилия Эдисона, Тесла победил, и теперь электричество переменного тока обеспечивает большую часть энергии.
  мира. Во многом поэтому многие электродвигатели,
  электроприборы в наших домах, фабриках и офисах работают на переменном токе.
  асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола
  Тесла разработал в 1880-х годах (его патент, показанный здесь, был выдан в мае 1888 года). итальянский физик по имени
  Галилео Феррарис самостоятельно выдвинул ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем с Теслой, и его имя сейчас почти забыто.

  Инновации Теслы были началом истории, но ни в коем случае не концом.
  К концу 1880-х годов уроженец России пионер электротехники Михаил Доливо-Добровольский изобрел трехфазные двигатели. А усовершенствованные моторы проектируются и разрабатываются по сей день.

  Узнать больше

  На этом сайте

  • Батарейки
  • Вихретоковые тормоза (электромагнитные тормоза)
  • Электричество
  • Электродвигатели
  • Двигатели
  • Ступичные двигатели
  • Линейные двигатели
  • Шаговые двигатели

  На других сайтах

  • Электродвигатели и генераторы Джо Вулфа. На превосходном веб-сайте Physclips есть превосходная страница, на которой сравниваются различные типы двигателей постоянного и переменного тока с некоторыми действительно отличными анимациями.
  • PBS: Tesla: Master of Lightning: отличный мини-сайт о Николе Тесле, его жизни и удивительных изобретениях.

  Книги

  Для читателей постарше

  • Электродвигатели и приводы: основы, типы и применение, Остин Хьюз и Билл Друри, Newnes (Elsevier), 2019. Асинхронные двигатели рассматриваются в главах 5, 6 и 7.
  • Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы, Марк Дж. Сейфер, Кенсингтон, 2016 г.
  • Тесла: Человек вне времени Маргарет Чейни, Touchstone, 2011.

  Для младших читателей

  • Электричество для молодых мастеров: Веселые и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media/O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая пару заданий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12.
  • Эксперименты с электродвигателем, Эд Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого контекста науки и техники. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателем постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте 11–14 лет.
  • Сила и энергия Криса Вудфорда. Facts on File, 2004. Одна из моих книг, посвященная истории человеческих усилий по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
  • Никола Тесла: разработчик электроэнергии Криса Вудфорда, в книге «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008 г. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все это, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке на Google Книги. Возраст 9–12 лет.

  Патенты

  Патенты предлагают более глубокие технические детали и собственное понимание изобретателем своей работы. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

  Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

  Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

  Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

  Подписывайтесь на нас

  Оцените эту страницу

  Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

  Сохранить или поделиться этой страницей

  Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

  Цитировать эту страницу

  Вудфорд, Крис. (2012/2023) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

  Бибтекс

  @misc{woodford_induction_motors,
  автор = «Вудфорд, Крис»,
  title = «Асинхронные двигатели»,
  publisher = «Объясните это»,
  год = «2012»,
  url = «https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html»,
  URL-адрес = «2023-01-26»
  }

  Подробнее на нашем веб-сайте.