Индукционный двигатель принцип работы

Содержание

Принцип работы трёхфазного индукционного двигателя

Индукционный двигатель принцип работы

Что можно сказать об электродвигателе? Такой мотор является таким электромеханическим девайсом, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию. В случае работы переменного тока, который является трёхфазным, наиболее часто применяющимся мотором является трехфазный индукционный мотор, ведь данный вид мотора не требует никакого стартового устройства. Можно также сказать, что данный двигатель является самозапускающимся индукционным мотором.

Для того чтобы лучше понять принцип действия трёхфазного индукционного двигателя, необходимо иметь достаточно чёткое представление об основной особенности, которая присуща конструкции данного мотора. Данный электродвигатель имеет две части, которые можно назвать основными. А именно, это статор и ротор. Чтобы хорошо представлять себе работу данного устройства нужно знать достаточно об этих составляющих.

Статор

Статор данного индукционного двигателя сделан из определённого количества слотов, для того чтобы получилась трёхфазная обмотка, которая подключена к источнику переменного тока, являющегося трёхфазным. Трёхфазная обмотка размещена в слотах таким образом, что она производит магнитное поле, которое является вращающимся. Это происходит после третьей фазы. Обмотка должна получать питание в виде переменного тока.

Ротор

Ротор данного индукционного мотора содержит многослойный сердечник, который имеет цилиндрическую форму. Этот сердечник с параллельными слотами, которые могут держать элементы, проводящие электрический ток. В роли таких элементов в данном случае выступают тяжёлые медные или алюминиевые стержни, которые подходят к каждому слоту и они замкнуты конечными кольцами.

Слоты не то что бы абсолютно параллельны оси вала. Они несколько скошены. Это обусловлено тем, что такое расположение уменьшает магнитный гудящий шум и может помочь избежать потери скорости данного мотора

О том, как работает этот двигатель

Создание магнитного поля, которое вращается

Статор мотора содержит смещённые перекрытые обмотки. Электрический угол смещения составляет 120º. Тут основная обмотка или же статор подключены к источнику тока, который является переменным и трёхфазным. Это обстоятельство уже, в свою очередь, служит причиной возникновения такого магнитного поля, которое вращается, причём вращается оно с синхронной скоростью.

Секреты вращения:

Согласно закону Фарадея “электродвижущая сила, которая вызвана в какой-либо электрической схеме, является следствием процента изменения магнитного потока, который идёт через схему”.

Так как обмотка ротора в индукционном моторе тоже замкнута через внешнее сопротивление или прямо замкнуто замыкающим кольцом, и отрезает магнитное поле статора (вращающееся), электродвижущая сила появляется на медном стержне ротора, и благодаря этой силе электрический ток течёт через элемент ротора, который специально для этого предназначен.

Здесь относительная скорость между вращающемся магнитным потоком и статичным проводящим элементом ротора является причиной возникновения электрического тока. Отсюда, исходя из закона Ленца, ротор будет вращаться непосредственно в том же направлении, чтобы относительная скорость уменьшилась.

Таким образом, исходя из принципа действия этого электрического двигателя, можно заметить, что скорость, которую имеет ротор, не должна достигать синхронной скорости, которая производится статором. Если скорости были бы равны, то не было бы такой относительной скорости, так что не возникало бы и электродвижущей силы в роторе, не было бы потока электрического тока, и поэтому не было бы крутящего момента.

Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется проскальзыванием. Вращение магнитного поля в индукционном двигателе имеет преимущество, что не нужны никакие электрические связи с ротором.

Пора подвести итоги. Из перечисленных выше особенностей трехфазного индукционного мотора следует, что:

— Данный электродвигатель самозапускающийся и не нуждается в помощи какого-то другого элемента для своего старта.

— Этот мотор имеет меньше противодействия арматуры и искрообразования на щётках в силу того, что отсутствуют коммутаторы и щётки, которые могут вызывать образование искр.

— Электродвигатель данного типа прочен по конструкции, что, конечно же, является большим плюсом.

— Мотор экономичный, что делает его интересным решением во многих областях; соответственно, данный двигатель имеет неплохие перспективы, ведь он будет достаточно популярен и востребован.

— Данный электродвигатель довольно лёгок в обслуживании, что опять же позволяет назвать его перспективным, ведь данное качество интересно любому пользователю подобных устройств, который понимает важность этого нюанса.

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

Источник: https://elektronchic.ru/elektrotexnika/princip-raboty-tryoxfaznogo-indukcionnogo-motora.html

Принцип работы асинхронного двигателя

> Советы электрика > Принцип работы асинхронного двигателя

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

Особенности асинхронных двигателей

Применение

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

Асинхронная машина не подключается к сети постоянного тока.

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

При выборе асинхронного двигателя зачастую возникают проблемы с определением:

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

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

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

Устройство АД

Принцип работы электродвигателя

Ротор и статор – главные элементы индукционного двигателя.

Схема устройства асинхронного агрегата

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

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

Ротор вращается по ходу движения магнитного поля.

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

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

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

Конструкция «беличья клетка»

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

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

Однофазная индукционная машина

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

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

Схема работы однофазного двигателя малой мощности

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

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

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

Читайте также  Микроволновка устройство и принцип работы

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

Индукционные однофазные электродвигатели, имеющие короткозамкнутый ротор подразделяются на:

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

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

Трехфазный двигатель

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

В трехфазной индукционной машине обмотка предназначена для образования вращающегося по кругу магнитного поля, которое проходит через короткозамкнутую обмотку ротора. Созданные с фазным управлением аппараты не применяются в цепях постоянного тока.

При прохождении поля через проводники обмотки статора образуется электродвижущая сила, которая и вызывает прохождение переменного тока в обмотке, управляющей ротором, имеющим собственное магнитное поле.

Данное магнитное поле при взаимодействии с фазным магнитным вращающимся полем статора вызывает вращение определенной частоты вслед за полями между ним и ротором.

Схема работы индукционного трехфазного агрегата

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

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

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

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

Запуск трехфазного двигателя

Двигатель в работе.

Частота вращения: формула

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

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

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

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

Источник: https://elquanta.ru/sovety/princip-asinkhronnogo-dvigatelya.html

Новое направление — индукторные приводы

Технология изготовления и применения, управляемого индукторного привода (ИП) является передовой и наиболее перспективной в области силового электропривода. Индукторный двигатель (ИД) имеет простую и надёжную конструкцию.

Ротор – зубчатый без обмоток, не имеет стержней и постоянных магнитов, набирается из листов электротехнической стали.

Статор – зубчатый, шихтованный, обмотка в виде катушек, устанавливаемых на зубцы (полюсы) и объединённых в несколько фаз.

Катушки не имеют пересекающихся лобовых частей, что повышает их долговечность и обеспечивает легкую ремонтопригодность (достаточно заменить одну катушку, вышедшую из строя, при этом соседние катушки остаются не тронутыми).

Питается ИД от блока управления, с применением IGBT транзисторов, путём поочерёдной подачи импульсов напряжения на катушки по сигналам от датчика положения ротора, что обеспечивает формирование механической характеристики практически в любом диапазоне. Изменением частоты следования импульсов регулируется частота вращения ротора в широких пределах при сохранении неизменным КПД. Изменением длительности импульсов напряжения регулируется момент и мощность двигателя.

Программно управляемая микропроцессорная система, позволяет осуществлять коррекцию естественной механической характеристики при реализации электропривода для тяговой, вентиляторной, крановой, экскаваторной и другими типами нагрузок.

ИД характеризуется длительной и безотказной работой в динамических режимах с частыми пусками и остановками. При этом пуск механизма осуществляется плавно. В ИД отсутствуют пусковые токи. При запуске величина токов не превышает номинальных значений. Максимальная частота управляющих импульсов не превышает 250 – 300 Гц.

ИД обладает уникальным свойством, принципиально отличающим его от других электрических машин, которое обеспечивает его повышенную живучесть, – это отсутствие обмоток ротора, отсутствие скользящего контакта, магнитная и электрическая независимость его фаз. Поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких катушек не приводит к полной потере работоспособности привода, как у двигателей постоянного и переменного тока, а только частично снижает его мощность.

По сравнению с частотно-регулируемым асинхронным двигателем индукторный двигатель имеет более высокий КПД (на 3–5 %) при таких же габаритах.

Основные преимущества индукторного привода

  Основные преимущества индукторного привода (ИП), определенные в результате многолетнего опыта разработок и исследований, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом:

  • Высокая перегрузочная способность двигателя в пусковом режиме порядка 4-х кратной номинальной величины вращающего момента и выше при соответствующем выборе элементной базы преобразователя;
  • Важнейшим, с точки зрения энергосбережения, преимуществом ИП является сохранение высокого значения КПД двигателя, близкого к номинальному (для крупных машин 97-98%), в часто встречающихся режимах работы с неполной нагрузкой на валу;
  • Более высокий КПД преобразователя (инвертора) за счет работы на низкой частоте 100-300 Гц в отличие от инвертора асинхронного двигателя (АД), работающего в режиме ШИМ на частотах в 2500 Гц;
  • Высокое быстродействие за счет малой инерционности без обмоточного ротора и полностью шихтованной ферромагнитной системы статора и ротора, точность управления моментом, возможность плавного регулирования частоты, вращения в широком диапазоне при фазовом управлении ИП без использования преобразователя ОС/ОС для регулирования постоянного напряжения на входе инвертора (необходимого для АД), что также повышает КПД ИП;
  • Простота конструкции магнитопроводов статора, ротора и катушечных обмоток двигателя, не имеющих пересекающихся лобовых частей, обеспечивает высокую технологичность, повышенные надежность, долговечность и ремонтопригодность;
  • Ротор двигателя не содержит обмоток, поэтому от него не требуется отвод тепла;
  • Высокая надежность силового инвертора, обусловленная схемными решениями, исключающими в нем возможность сквозных коротких замыканий;
  • Повышенная живучесть ИП за счет магнитной независимости фазных обмоток в двигателе и электрической независимости фазных блоков в преобразователе питания, поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких фаз приводит не к полной потере работоспособности привода, как у АД, а к частичному снижению мощности.

Примеры индукторных приводов, разработанных и сделанных нашим предприятием

 

Электродвигатели ИД-45 хода бурового станка СБШ-250, мощность 45 кВт

Электродвигатель ИД-120 вращения бурового става СБШ-250, мощность 120 кВт изготовлен в корпусе двигателя постоянного тока ДПВ-52, мощностью 60 кВт.

Электродвигатель ИД-1,1. Мощность 1,1 кВт

Электродвигатель ИД-2000 привода гребного винта морского буксира мощность 2 МВт

Электродвигатель ИД-1250, мощность 1250 кВт (заказчик ОАО «Алросса»)

Индукторный тяговый электродвигатель

Первый этап применения индукторного тягового двигателя предусматривает его работу в классическом варианте, т.е. с применением редуктора. При внедрении второго варианта (без редуктора) индукторный двигатель располагается на оси колесной пары, обслуживание редуктора, кожухов, опорных подшипников – отпадает.

Рис. — Ротор и статор разрабатываемого индукторного тягового двигателя для горнорудной промышленности

Заявленная для разработки мощностью двигателя составляет 520 кВт.

Рис. — Внешний вид разрабатываемого индукторного тягового электродвигателя

Индукторный привод ИП-40

На железнодорожном транспорте, работающем на переменном однофазном напряжении, в качестве вспомогательных приводов (вентилятор обдува, компрессор, масляный насос и пр.)  используются асинхронные двигатели.

Существует два основных способа преобразования однофазного напряжения для питания 3-х фазных асинхронных двигателей. Первый — это преобразование однофазного напряжения в трехфазное, второй – использование искусственной, конденсаторной фазы.

Оба способа имеют недостатки в части качества питающего напряжения, которые негативно сказываются на работе асинхронных электрических машин.

Разработаны приводы для однофазной сети с номинальным напряжением 10 000 В, для тяговых агрегатов в горнорудной промышленности. Индукторный привод вентиляторов обдува оборудования и индукторный привод компрессора с индукторным двигателем ИД-40. Двигатель ИД-40 изготавливается с массогабаритными параметрами асинхронных двигателей типа НВА-55, АНЭ-225, АЭ-92 и их аналогов, применяемых на железнодорожном транспорте. В таблице предоставлены технические характеристики двигателей.

Таблица 1 — Параметры сети, блока управления и двигателя

Параметр Двигатель ИД-40В Двигатель ИД-40К
Привод вентилятора обдува и компрессора Привод компрессора
Параметры питающей сети блока управления: — напряжение, В — частота, Гц- количество фаз   400 501
Габариты блока управления не более, мм 600 х 300 х 250 750 х 400 х 400
Мощность блока управления, кВт 45 60
Степень защиты блока управления по ГОСТ 14254-96 IP52 IP52
Рабочий диапазон питающего напряжения блока управления, В 300…500 300…500
Номинальная частота вращения двигателя, об/мин 1500 3000
Необходимая мощность двигателя, кВт 40 53
Крутящий момент на валу двигателя, Н*м 254 168
Вращение вала двигателя. Реверсивное По часовой стрелке
Количество зубцов статора (катушек), шт. 18 18
Количество фаз 3 3
Количество катушек на фазу, шт. 6 (соединение последовательное) 6 (соединение последовательно-параллельное)
Количество выводных концов, шт. 6 6
Количество зубцов ротора, шт. 12 12
Режим работы по ГОСТ 183-74 S1 (продолжительный) S1 (продолжительный)
Способ пуска плавный плавный
Степень защиты по ГОСТ 17494-87 IP21 IP21
Способ монтажа по ГОСТ 2479-79 IM1001 IM1001
Читайте также  Принцип работы циклона для сбора опилок

Рис. —  а) – индукторный двигатель ИД-40.  б) – силовой блок управления.

В целях экономии электроэнергии в блоках управления двигателем предусмотрена обратная связь в функции скорости вращения вала двигателя. Датчиками, воздействия на обратную связь, предусмотрены контроль за температурой нагрева охлаждаемого объекта, за давлением в пневмосистеме. Тип применяемых датчиков согласовывается с Заказчиком.

В блоке управления предусмотрена клеммная коробка для подключения и передачи основных данных работы БУ и ИД-40 на пульт управления агрегатами.

Блок управления имеет защиты:

  1. От внутренних и внешних коротких замыканий;
  2. От перегрузки по току;
  3. Тепловую защиту;
  4. От обрыва фаз в ИД-40;
  5. От превышения максимальной частоты вращения;
  6. От заклинивания вала;
  7. От пониженного входного напряжения.

Компания «Аксиома Света» дата основания 2009 год. Электронная почта:

sales@axiomasveta.com 

Источник: http://www.axiomasveta.com/info/novoe_napravlenie_induktornye_privody/

Однофазные электродвигатели. Виды, принцип действия, схемы включения однофазных электродвигателей

Зачастую основное внимание уделяется изучению трёхфазных электродвигателей, частично в связи с тем, что трёхфазные электродвигатели применяются чаще, чем однофазные. Однофазные электродвигатели имеют тот же принцип действия, что и трёхфазные электродвигатели, только с более низкими пусковыми моментами. Они подразделяются по типам в зависимости от способа пуска.

Стандартный однофазный статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу. Одна из них считается главной обмоткой, другая — вспомогательной, или пусковой. В соответствии с количеством полюсов каждая обмотка может делиться не несколько секций.

На рисунке приведен пример двухполюсной однофазной обмотки с четырьмя секциями в главной обмотке и двумя секциями во вспомогательной.

Следует помнить, что использование однофазного электродвигателя — это всегда, своего рода, компромисс. Конструкция того или иного двигателя зависит, прежде всего, от поставленной задачи.

Это значит, что все электродвигатели разрабатываются в соответствии с тем, что наиболее важно в каждом конкретном случае: например, КПД, вращающий момент, рабочий цикл и т.д.

Из-за пульсирующего поля однофазные электродвигатели CSIR и RSIR могут иметь более высокий уровень шума по сравнению с двухфазными электродвигателями PSC и CSCR, которые работают намного тише, так как в них используется пусковой конденсатор. Конденсатор, через который производится пуск электродвигателя, способствует его плавной работе.

Основные типы однофазных индукционных электродвигателей

Бытовая техника и приборы низкой мощности работают от однофазного переменного тока, кроме того, не везде может быть обеспечено трёхфазное электропитание. Поэтому однофазные электродвигатели переменного тока получили широкое распространение, особенно в США. Очень часто электродвигателям переменного тока отдают предпочтение, так как их отличает прочная конструкция, низкая стоимость, к тому же они не требуют технического обслуживания.

Как видно из названия, однофазный индукционный электродвигатель работает по принципу индукции; тот же принцип действует и для трёхфазных электродвигателей. Однако между ними есть различия: однофазные электродвигатели, как правило, работают при переменном токе и напряжении 110 -240 В, поле статора этих двигателей не вращается. Вместо этого каждый раз при скачке синусоидального напряжения от отрицательного к положительному меняются полюса.

В однофазных электродвигателях поле статора постоянно выравнивается в одном направлении, а полюса меняют своё положение один раз в каждом цикле. Это означает, что однофазный индукционный электродвигатель не может быть пущен самостоятельно.

Теоретически, однофазный электродвигатель можно было бы запустить при помощи механического вращения двигателя с последующим немедленным подключением питания. Однако на практике пуск всех электродвигателей осуществляется автоматически.

Выделяют четыре основных типа электродвигателей:

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор / работа через обмотку (индуктивность) (CSIR),

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор/работа через конденсатор (CSCR),

• индукционный двигатель с реостатным пуском (RSIR) и

• двигатель с постоянным разделением емкости (PSC).

На приведённом ниже рисунке показаны типичные кривые соотношения вращающий момент/частота вращения для четырёх основных типов однофазных электродвигателей переменного тока.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (CSIR)

Индукционные двигатели с пуском через конденсатор, которые также известны как электродвигатели CSIR, составляют самую большую группу однофазных электродвигателей.

Двигатели CSIR представлены несколькими типоразмерами: от самых маломощных до 1,1 кВт. В электродвигателях CSIR конденсатор последовательно соединён с пусковой обмоткой. Конденсатор вызывает некоторое отставание между током в пусковой обмотке и в главной обмотке.

Это способствует задержке намагничивания пусковой обмотки, что приводит к появлению вращающегося поля, которое влияет на возникновение вращающего момента. После того как электродвигатель наберёт скорость и приблизится к рабочей частоте вращения, открывается пускатель. Далее электродвигатель будет работать в обычном для индукционного электродвигателя режиме. Пускатель может быть центробежным или электронным.

Двигатели CSIR имеют относительно высокий пусковой момент, в диапазоне от 50 до 250 процентов от вращающего момента при полной нагрузке. Поэтому из всех однофазных электродвигателей эти двигатели лучше всего подходят для случаев, когда пусковые нагрузки велики, например для конвейеров, воздушных компрессоров и холодильных компрессоров.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/ работа через конденсатор (CSCR)

Этот тип двигателей, которые коротко называются «электродвигатели CSCR», сочетает в себе лучшие свойства индукционного двигателя с пуском через конденсатор и двигателя с постоянно подключённым конденсатором.

Несмотря на то, что из-за своей конструкции эти двигатели несколько дороже других однофазных электродвигателей, они остаются наилучшим вариантом для применения в сложных условиях.

Пусковой конденсатор электродвигателя CSCR последовательно соединён с пусковой обмоткой, как и в электродвигателе с пуском через конденсатор. Это обеспечивает высокий пусковой момент.

Электродвигатели CSCR также имеют сходство с двигателями с постоянным разделением емкости (PSC), так как у них пуск тоже осуществляется через конденсатор, который последовательно соединён с пусковой обмоткой, если пусковой конденсатор отключен от сети. Это означает, что двигатель справляется с максимальной нагрузкой или перегрузкой.

Электродвигатели CSCR могут использоваться для работы с низким током полной нагрузки и при более высоком КПД. Это даёт некоторые преимущества, в том числе обеспечивает работу двигателя с меньшими скачками температуры, в сравнении с другими подобными однофазными электродвигателями.

Электродвигатели CSCR — самые мощные однофазные электродвигатели, которые могут использоваться в сложных условиях, например, в насосах для перекачивания воды под высоким давлением и в вакуумных насосах, а также в других высокомоментных процессах. Выходная мощность таких электродвигателей лежит в диапазоне от 1,1 до 11 кВт.

Однофазный электродвигатель с пуском через сопротивление/работа через обмотку (индуктивность) (RSIR)

Данный тип двигателей ещё известен как «электродвигатели с расщеплённой фазой». Они, как правило, дешевле однофазных электродвигателей других типов, используемых в промышленности, но у них также есть некоторые ограничения по производительности.

Пусковое устройство электродвигателей RSIR включает в себя две отдельные обмотки статора. Одна из них используется исключительно для пуска, диаметр проволоки данной обмотки меньше, а электрическое сопротивление — выше, чем у главных обмоток.

Это вызывает отставание вращающегося поля, что, в свою очередь, приводит в движение двигатель. Центробежный или электронный пускатель отсоединяет пусковую обмотку, когда частота вращения двигателя достигает, приблизительно, 75% от номинальной величины.

После этого электродвигатель продолжит работу в соответствии со стандартными принципами действия индукционного электродвигателя.

Как уже говорилось раньше, для электродвигателей RSIR есть некоторые ограничения. У них низкие пусковые моменты, часто в диапазоне от 50 до 150 процентов от номинальной нагрузки. Кроме того, электродвигатель создаёт высокие пусковые токи, приблизительно от 700 до 1000% от номинального тока. В результате продолжительное время пуска будет вызывать перегрев и разрушение пусковой обмотки. Это означает, что электродвигатели данного типа нельзя использовать там, где необходимы большие пусковые моменты.

Электродвигатели RSIR рассчитаны на узкий диапазон напряжения питания, что, естественно, ограничивает области их применения. Их максимальные вращающие моменты варьируются в пределах от 100 до 250% от расчетной величины.

Необходимо также отметить, что дополнительной трудностью является установка тепловой защиты, так как довольно сложно найти защитное устройство, которое срабатывало бы достаточно быстро, чтобы не допустить прогорания пусковой обмотки.

Электродвигатели RSIR подходят для использования в небольших приборах для рубки и перемалывания, вентиляторах, а также для применения в других областях, в которых допускается низкий пусковой момент и требуемая выходная мощность на валу от 0,06 кВт до 0,25 кВт. Они не используются там, где должны быть высокие вращающие моменты или продолжительные циклы.

Однофазный электродвигатель с постоянным разделение емкости (PSC)

Как видно из названия, двигатели с постоянным разделением емкости (PSC) оснащены конденсатором, который во время работы постоянно включен и последовательно соединён с пусковой обмоткой. Это значит, что эти двигатели не имеют пускателя или конденсатора, который используется только для пуска. Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной обмоткой, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения.

Конструкция электродвигателей PSC такова, что они не могут обеспечить такой же пусковой момент, как электродвигатели с пусковыми конденсаторами. Их пусковые моменты достаточно низкие: 30-90% от номинальной нагрузки, поэтому они не используются в системах с большой пусковой нагрузкой. Это компенсируется за счёт низких пусковых токов — обычно меньше 200% от номинального тока нагрузки, — что делает их наиболее подходящими двигателями для областей применения с продолжительным рабочим циклом.

Двигатели с постоянным разделением емкости имеют ряд преимуществ. Рабочие параметры и частоту вращения таких двигателей можно подбирать в соответствии с поставленными задачами, к тому же они могут быть изготовлены для оптимального КПД и высокого коэффициента мощности при номинальной нагрузке.

Так как они не требуют специального устройства пуска, их можно легко реверсировать (изменить направление вращения на обратное). В дополнение ко всему вышесказанному, они являются самыми надёжными из всех однофазных электродвигателей.

Вот почему Grundfos использует однофазные электродвигатели PSC в стандартном исполнении для всех областей применения с мощностями до 2,2 кВт (2-полюсные) или 1,5 кВт (4-полюсные).

Читайте также  Термогидравлический распределитель принцип работы

Двигатели с постоянным разделением емкости могут использоваться для выполнения целого ряда различных задач в зависимости от их конструкции. Типичным примером являются низкоинерционные нагрузки, например вентиляторы и насосы.

Двухпроводные однофазные электродвигатели

Двухпроводные однофазные электродвигатели имеют две главные обмотки, пусковую обмотку и рабочий конденсатор. Они широко используются в США с однофазными источниками питания: 1 ½ 115 В / 60 Гц или 1 ½ 230 В / 60 Гц. При правильном подключении данный тип электродвигателей можно использовать для обоих видов электропитания.

Ограничения однофазных электродвигателей

В отличие от трёхфазных для однофазных электродвигателей существуют некоторые ограничения. Однофазные электродвигатели ни в коем случае не должны работать в режиме холостого хода, так как при малых нагрузках они сильно нагреваются, также рекомендуется эксплуатировать двигатель при нагрузке меньшей 25% от полной нагрузки.

Электродвигатели PSC и CSCR имеют симметричное/ круговое вращающееся поле в одной точке приложения нагрузки; это значит, что во всех остальных точках приложения нагрузки вращающееся поле асимметричное/эллиптическое.

Когда электродвигатель работает с асимметричным вращающимся полем, сила тока в одной или обеих обмотках может превышать силу тока в сети.

Такие избыточные токи вызывают потери, в связи с этим одна или обе обмотки (что чаще происходит при полном отсутствии нагрузки) нагреваются, даже если ток в сети относительно небольшой. Смотрите примеры.

О напряжении в однофазных электродвигателях

Важно помнить о том, что напряжение на пусковой обмотке электродвигателя может быть выше сетевого напряжения питания электродвигателя. Это относится и к симметричному режиму работы. Смотрите пример.

Изменение напряжения питания

Нужно отметить, что однофазные электродвигатели обычно не используются для больших интервалов напряжения, в отличие от трёхфазных электродвигателей. В связи с этим может возникнуть потребность в двигателях, которые могут работать с другими видами напряжения.

Для этого необходимо внести некоторые конструкционные изменения, например, нужна дополнительная обмотка и конденсаторы различной ёмкости.

Теоретически, ёмкость конденсатора для различного сетевого напряжения (с одной и той же частотой) должна быть равна квадрату отношения напряжений:

Таким образом, в электродвигателе, рассчитанном на питание от сети в 230 В, используется конденсатор 25µФ/400 В, для модели электродвигателя на 115 В необходим конденсатор ёмкостью 100µФ с маркировкой более низкого напряжения — например 200 В.

Иногда выбирают конденсаторы меньшей ёмкости, например 60µФ. Они дешевле и занимают меньше места. В таких случаях обмотка должна подходить для определённого конденсатора. Нужно учитывать, что производительность электродвигателя при этом будет меньше, чем с конденсатором ёмкостью 100µФ — например, пусковой момент будет ниже.

Заключение

Однофазные электродвигатели работают по тому же принципу, что и трёхфазные. Однако у них более низкие пусковые моменты и значения напряжения питания (110-240В).

Однофазные электродвигатели не должны работать в режиме холостого хода, многие из них не должны эксплуатироваться при нагрузке меньше 25 % от максимальной, так как это вызывает повышение температуры внутри электродвигателя, что может привести к его поломке.

Источник: http://www.eti.su/articles/elektricheskie-mashini/elektricheskie-mashini_1570.html

Насос и его двигатель. Принцип работы асинхронного электродвигателя

Мы каждый день узнаем о насоса что-нибудь новенькое, такое, о чем мы раньше, по многим причинам, и не задумывались. У нас есть насос, он прекрасно качает воду из источника, которой хватает на полив сада-огорода и пользование ею всеми членами семьи и на работу всей бытовой техники. Зачем нам знать еще больше об этом удивительном агрегате?

Мы даже знаем сейчас, что каждый, в принципе, бытовой насос, в зависимости от его конструкции, можно использовать, как в качестве перекачивающего устройства, придав ему механическую энергию внешнего привода, так и в качестве двигателя, через который можно получить дополнительную энергию. Например, раскручивая ротор электродвигателя насоса струей поступающей жидкости, можно, при некотором изменении конструкции, получить источник электроэнергии в доме.

Если взять более простые конструкции, то можно привести пример водяной мельницы, где двигателем и своеобразным механическим насосом можно рассматривать ее водное колесо. Многие, если не сказать, большинство гидронасосов имею возможность обратного применения.

Но сейчас речь пойдет совсем о другом. Мы поговорим о стандартном применении гидронасосов и источниках энергии для них, которые применяются в бытовых и промышленных агрегатах перекачки воды. Мы будем говорить о самом выгодном виде механических двигателей для насосов – электродвигателях, которые имеют самое широкое распространение в насосах, как бытовых, так и во всех отраслях промышленности.

Асинхронный электродвигатель. Плюсы и минусы применения. Конструкции типов

Положительные стороны от применения электродвигателей в работе насосов видны с первого раза: это частые включения (повторные пуски) двигателей в работу в зависимости от водных параметров в магистрали, малое энергопотребление, простота конструкций и выгодность производства, динамичность и малые размеры электродвигателей и многое другое.

Мы разберем самый «выгодный» в производстве и простой в бытовом применении асинхронный электродвигатель (индукционный двигатель), как электрическую машину переменного тока с частотой вращения ротора меньшим по сравнению с частотой магнитного поля, которое создается токами в обмотке статора:

  1. Он прост в изготовлении;

  2. Имеет относительно низкую цену;

  3. Надежен и неприхотлив при работе;

  4. Энерго- и эксплуатационно малозатратен;

  5. Имеет простой доступ к подключению в домашнюю электросеть без дополнительных преобразующих устройств;

  6. Нет необходимости регулировать частоту вращения ротора.

Но при этом такие электромашины с асинхронным (индукционным) двигателем:

  1. Имеют низкий по силе пусковой момент;

  2. Большую величину пускового тока;

  3. Мощность с низким коэффициентом;

  4. Сложности с регулировкой скоростных характеристик ротора и отсутствие необходимой точности вращения;

  5. Скоростные характеристики вращения ротора ограничиваются частотными показателями сети (бытовая сеть имеет частоту в 50 Гц – двигатель может максимально развить обороты не более 3000 в минуту);

  6. Огромная (в квадрате) связь электромагнитного поля на статоре с напряжением в сети – при любом изменении напряжения в 2 раза, вращающий момент двигателя измениться в 4 раза, что намного хуже таких же показаний в электродвигателях на постоянном токе.

Для людей далеких от всяких технических конструкций проведем легкий «ликбез»:

  1. Асинхронный электродвигатель имеет в своей конструкции статор (часть электромотора, которая находится в неподвижном, стабильном положении) и ротор (часть, которая вращается при подключении двигателя к сети), они разделены воздушным зазором и не соприкасаются между собой;

  2. Статорная обмотка является многофазной (3-хфазной), с проводниками равноудаленными один от другого на 120 градусов относительно оси вращения;

  3. Магнитное поле возникает в магнитопроводе статора, который меняет полярность под воздействием частоты тока проходящего по обмотке. Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, собранных методом шихтовки в общий блок;

  4. Роторы в асинхронном двигателе могут быть конструктивно 2-х типов: короткозамкнутый и фазный. Их единственное различие – это исполнение обмотки на роторе, при аналогичном магнитопроводе как у статора.

Короткозамкнутый ротор имеющий обмотку в виде «беличьего колеса» по аналогии конструкции, собирается из алюминиевых (иногда из меди или латуни) стержневых проводников, которые замкнуты с 2-мя торцевыми кольцами, проходя через специальные пазы в сердечнике ротора.

У такого типа обмоток ротора при нерегулируемом пуске образуется не очень большой по величине пусковой момент, но требующий больших величин тока.

Сейчас применяют в основном роторы с глубокими пазами для стержней, что позволяет увеличить сопротивление в обмотке и уменьшить величину пускового тока.

Из-за таких недостатков раньше мало применяли короткозамкнутую схему обмотки ротора, но теперь при развитии линии частотных преобразователей многие фирмы достигли эффекта плавного пуска электродвигателей, регулируя наращивание частоты пускового тока.

Так появились электромашины с короткозамкнутой схемой ротора со ступенчатым регулированием скорости вращения вала, появились многоскоростные электродвигатели с изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

Разновидностью асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором считаются двигатели с массивными роторами, где эта деталь механизма изготовлена полностью из ферромагнитного материала (стальной цилиндр) – это одновременно и магнитопровод и обмотка-проводник.

Вращение ротора здесь происходит за счет создания индукции магнитного поля ротора, во взаимодействии с вихревыми токами магнитного потока статора.

Такие конструкции намного проще изготавливать, следовательно они обходятся дешевле в производстве, имеют большую механическую прочность, что очень необходимо для машин с большой скоростью вращения и они имеют более высокую величину пускового момента.

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазовым ротором

Асинхронные электродвигатели с фазовым ротором допускают плавное регулирование скорости вращения вала ротора в широком диапазоне. Фазный ротор содержит в своей конструкции многофазную (3-хфазную) обмотку, выведенную на 2 контактных кольца, которые соединены с ротором единой конструкцией. Соединение с регулированной по величине напряжения электросетью происходит за счет графитовых или металлографитовых щеток, соприкасаемых с кольцами в единую цепь с обмотками ротора.

В конструкцию управления работой ротора входят так же:

  1. Пускорегулирующий реостат, как активное сопротивление к каждой фазе;

  2. Дроссели индуктивности каждой фазы роторного узла, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить пусковые токи и держит их на постоянном уровне;

  3. Дополнительны источник постоянного тока, что позволяет получать величины синхронной электромашины, то есть зависимость оборотов от частоты напряжения на ротора без разниц величин;

  4. Для управления скоростными характеристиками и электромагнитными полями на роторе включено питание установки от инвертора для машин с двойным питанием. Но возможно использовать эту конструкцию без помощи инвертора с заменой фазировки на противоположную от статорной.

Возможны еще несколько вариантов электродвигателей для насосов. Например, трёхфазный коллекторный асинхронный двигатель с питанием со стороны ротора и другие электромашины.

Источник: https://nasosov.by/info/article/nasos_i_ego_dvigatel_nasos_dvigatel/

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий