Асинхронный двигатель, его устройство, работа и история

Асинхронный двигатель – наиболее эффективная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Изобретенный более сотни лет назад, электромотор до сих пор не теряет актуальности, а принцип его работы практически не изменился.

1888 год. Итальянский электротехник Галилео Феррарис публикует статью, адресованную Королевской академии наук в Турине, где просит обратить внимание на свое исследование, результате которого изобретатель смог получить первые теоретические основы работы асинхронного двигателя. В это же время в США Никола Тесла получает патент на основании той же информации.

Михаил Доливо-Добровольский

Основная заслуга Феррариса – ошибка в выводе о КПД асинхронного двигателя. Думая, что показатель невелик и применение переменного тока в целом нецелесообразно, он смог добиться внимания многих ученых и инженеров, которые все же занялись вопросом усовершенствования электромотора. Статью перевели на английский и однажды ее прочел Михаил Доливо-Добровольский. Заинтересовавшись темой немецкий инженер с русскими корнями приступил к работе над созданием нового электромотора. Следующие два года ознаменовались поистине великими изобретениями. 1889 – Доливо-Добровольский получил патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо», в 1890 – на фазный ротор. Своими изобретениями Михаил Осипович открыл новую эру в промышленном производстве. Электрические машины позволили запустить массовый выпуск продукции.

Уже в 1903 году в городе Новороссийск построили первый в истории элеватор, который был оснащен сетью переменного трехфазного тока. Процесс оснащения происходил под четким руководством самого изобретателя.

Сегодня машина, изобретенная Доливо-Добровольским с подачи Феррариса – наиболее распространенный тип моторов в мире. Область применения асинхронного двигателя чрезвычайно широка. Для приведения в движения оборудование на производстве используют трехфазные двигатели.

Как и у любого электродвигателя, у асинхронного есть две главные детали – ротор и статор. Это базовые элементы для превращения электрической энергии в механическую.

Статор – часть двигателя, остающаяся неподвижной. На его внутренней стороне есть специальные пазы, где уложена трехфазная обмотка. Ее питает трехфазный ток.

Ротор – часть машины, которая во время работы приходит в движение. В его пазы тоже укладывают обмотку.

Обе детали, статичная и подвижная, производятся из электротехнической стали. Если точнее, то из листов, толщина которых составляет от 0,35 мм до 0,5 мм. Каждый лист при этом изолирован от другого с помощью толстого лакового покрытия.

Что касается зазоров, между ротором и статором и делают минимальными: для менее мощных моторов от 0,3 мм до 0,35 мм, а для более мощных машин – от 1 мм до 1,5 мм.

Все асинхронные электродвигатели делятся на два вида: с короткозамкнутым ротором и с фазным. Из названия понятно, что принципиальное различие устройств заключается в строении самого ротора. Большей популярностью пользуются двигатели с короткозамкнутым типом ротора. Причина этому незамысловата: их конструкция несколько проще.

Обмотка статора асинхронного двигателя

Обмотку статора в таком двигателе, как уже сказано выше, укладывают в специальные пазы. Сама она сделана из нескольких соединенных катушек. Витки, из которых состоит катушка, полностью изолированы.

На рисунке 1а изображена обмотка статора в асинхронном электродвигателе. Во всех катушках здесь два проводника: статор двухполюсный. Обмотка из трех катушек может создать магнитное поле и два полюса. Один период трехфазного тока равен одному обороту магнитного поля. То есть, если частота равна 50 Гц, то количество оборотов составит 50 раз в секунду (3000 в минуту).

На рисунке 1б изображена обмотка, где на каждой стороне катушки по два проводника. Это четырехполюсный статор. Его магнитное поле вращается в два раза медленнее, чем у двухполюсного. Это означает, что при той же частоте 50 Гц, поле сделает 25 оборотов за секунду (1500 в минуту). Четырехполюсный статор с обмоткой, где на полюс и фазу приходится по одному проводку изображен на рисунке 1в. На рисунке 1г на полюс и фазу такого же статора приходится по два проводника.

Если статор шестиполюсный, то его скорость будет уже в три раза меньше, чем скорость предыдущего (1000 оборотов в минуту при неизменной частоте 50 Гц). Шестиполюсный статор, где на полюс и фазу приходится по одному проводку изображен на рисунке 1д.

Изменение частоты вращения ротора

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой, выполненный на тиристорах.

Двигатель развивает в момент пуска довольно значительный вращающий момент, и так как инерция его сравнительно невелика, то частота вращения ротора быстро нарастает и почти сравнивается с частотой вращения поля, так что относительная частота их становится почти равной нулю и ток в роторе быстро спадает.

Будет интересно➡ Малоизвестные факты о двигателях постоянного тока

Для двигателей малой и средней мощности кратковременная перегрузка их при пуске не представляет опасности, при запуске же очень мощных двигателей (десятки и сотни киловатт) применяются специальные пусковые реостаты, ослабляющие ток в обмотке; по мере достижения нормальной частоты вращения ротора эти реостаты постепенно выключают.

По мере того, как возрастает нагрузка двигателя, частота вращения ротора несколько уменьшается, частота вращения поля относительно ротора возрастает, и вместе с тем растут ток в роторе и развиваемый двигателем вращающий момент.

Однако для изменения мощности двигателя от нуля до нормального значения требуется очень небольшое изменение частоты вращения ротора, примерно до 6 % от максимального значения. Таким образом, асинхронный трехфазный двигатель сохраняет почти постоянную частоту вращения ротора при очень широких колебаниях нагрузки.

Регулировать эту частоту в принципе возможно, но соответствующие устройства сложны и неэкономичны и потому на практике применяются очень редко. Если машины, приводимые в действие двигателем, требуют иной частоты вращения, чем этот двигатель дает, то предпочитают применять зубчатые или ременные передачи с различными передаточными числами.

Устройство электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Наиболее популярный тип двигателя, с короткозамкнутым ротором, имеет следующее строение (рисунок 2). Трехфазную обмотку (2) укладывают на статор (неподвижную часть электромотора) (1). Обмотка питается трехфазным током. Каждое начало всех фаз выведено на общий щиток. Его укрепляют на наружной стороне корпуса электродвигателя.

Сердечник статической части агрегата собирают и размещают внутри корпуса (3), выполненного из чугуна. В пазы подвижного якоря (второе название ротора) (4)укладывают стержни из меди. С каждой стороны они припаяны к кольцам (они тоже из меди) (5).

Получается, что каждый стержень оказывается накоротко замкнутым с двух сторон. Если изобразить обмотку ротора данного типа, то ее внешний вид напоминает беличье колесо.

Во всех двигателях, мощность которых не более 100 кВт, такая обмотка изготовлена из алюминия. Под давлением его заливают в каждый паз ротора.

Вращение вала (6) происходит в подшипниках. Последние, в свою очередь, закреплены в специальных щитах (7,8). Подшипниковые щиты закреплены на корпусе электродвигателя с помощью болтов. Чтобы вращение вала передалось станку или машине, на один из его концов насажен шкив.

Пуск

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов – для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат.

В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя.

Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

При повреждении (пробое) изоляции станины и кожухи электрических машин и трансформаторов оказываются под напряжением относительно Земли. Прикосновение к этим частям машин может при таких условиях быть опасным для людей.

Для предупреждения этой опасности следует при напряжениях свыше 150 В относительно Земли заземлять станины и кожухи электрических машин и трансформаторов, то есть надежно соединять их металлическими проводами или стержнями с Землей. Это выполняется по специальным правилам, которые необходимо строго соблюдать во избежание несчастных случаев.

Трёхфазный двигатель приспособлен к трёхфазной сети, а к однофазной сети лучше подходит двухфазный двигатель со сдвигом фазы во второй обмотке либо через конденсатор (конденсаторные двигатели), либо через индуктивность.

Отличия подключения трехфазного асинхронного двигателя с одинарным или двойным напряжением иногда приводят к выходу из строя мотора – если не обратить внимание на то, какое напряжение верхнее, а какое нижнее, можно его подключить неправильно и он сгорит.

Трехфазные асинхронные электродвигатели до сто тридцать второго габарита включительно обычно бывают на напряжение двести двадцать на триста восемьдесят вольт, от сто шестидесятого габарита – триста восемьдесят на шестьсот шестьдесят вольт, но могут быть и другие варианты.

Когда мы включаем в сеть ненагруженный двигатель, то в первые моменты равно или близко к нулю, частота вращения поля относительно ротора велика и индуцированная в роторе э. д. с. соответственно также велика – она раз в 20 превосходит ту э. д. с., которая возникает в роторе при работе двигателя с нормальной мощностью. Ток в роторе при этом тоже значительно превосходит нормальный.

Возможно, вам будет интересно также почитать про малоизвестные факты о двигателях постоянного тока в другой нашей статье.

Устройство фазного ротора

Фазный ротор характерен наличием трех фазных обмоток. Они, зачастую, соединяются по схеме звезды (иногда по схеме треугольника). Каждый конец фазной обмотки присоединен к медному кольцу. Кольца же укрепляются на валу и изолируются. Это дало двигателю еще одно название: асинхронный электродвигатель с контактными кольцами. Всего кольца три. Их плотно насаживают на вал с помощью изоляционных прокладок. На кольца наложены щетки (они расположены в щеткодержателе, в свою очередь укрепленных на крышке подшипника).

Щетки всегда имеют исправный электроконтакт с кольцами. Это соединяет их с самой обмотками якоря. Между собой щетки соединяет трехфазный реостат.

Все асинхронные двигатели работают по принципу вращающегося магнитного поля. Но как создать такое поле? Самый простой способ – вращать постоянный магнит по оси. Можно взять медный диск и крутить магнит уже вокруг него. Если магнит достаточно силен, то медный диск тоже начнет вращаться, как бы пытаясь угнаться за магнитом. Будет создаваться ощущение, что между двумя предметами есть некая связь которая постоянно их удерживает. Движение магнита и диска будет не синхронным, ведь последний всегда будет отставать в «погоне».

Объяснение этому явлению можно дать такое: вращаясь вокруг диска, магнит способен возбудить в нем токи Фуко (индукционные). Их траектория – замкнутый круг. Индукционные токи не имеют начала и конца. Их можно назвать токами короткого замыкания, разогревающими металл. Как правило, от них нужно избавляться, но в этом случае именно они и являются причиной появления магнитного поля в диске. Далее это поле начинает взаимодействие уже с полем самого постоянного магнита.

Асинхронные электромоторы работают по такому же принципу, но вращающееся поле создает не магнит, а обмотка статора. В ней, собственно, и создается подходящее для вращения поле.

Подобные условия возможно создать только в системе с несколькими фазами, где ток сдвигается на несколько градусов. В бытовых электроприборах двигатели обычно с двумя фазами, причем вторую создают искусственно. Для этого используют сдвигающий конденсатор, катушку или сопротивление. Электродвигатели, используемые на промышленных предприятиях, выпускают с тремя фазами.

В самом первом трехфазном асинхронном электродвигателе было три обмотки. Они были удалены друг от друга на 120 градусов. Схема работы такого двигателя и синусоидальный ток трех его полюсов показан на рисунке 4.

Итак, в тот момент, когда в одной из фаз ток нулевой, в остальных он принимает максимальные значения, при этом фазы отличаются по направлению тока. Таким образом и создается магнитное поле между двумя из трех обмоток. Далее все тут же меняется: один полюс отключается, а другой, тот что остался работать, начинает менять полярность. Это происходит из-за изменения направления тока в обмотке. А тот полюс, что только перешел в рабочее состояние, поддержит смещение поля. Благодаря этому в якоре машины формируются вихревые токи (так как линии магнитного поля пересекают часть ротора). Токи входят во взаимодействие с полем статора, которое уже вращается, пытаются его как бы догнать. Происходит поворот ротора.

Такой принцип работы асинхронной машины, который был выведен еще в XIX веке, актуален и для тех электромоторов, что производят сегодня. Однако, изменения в конструкции все же произошли. Дисковые и цилиндровые якори теперь заменили на «беличьи клетки», чаще используют роторы фазного типа. Форма обмотки статичной части двигателя тоже подверглась изменениям. Вместо катушки с полюсным наконечником используют радиальные обмотки: их укладывают в пазы.

Стоит также упомянуть о том, что такое схема замещения асинхронного двигателя. Ее часто используют в электротехнике во время проведения расчетов. Вместо самого электродвигателя подставляют эквивалентную схему, где электромагнитную связь замещает электрическая.

Питающее напряжение у разных потребителей разное, из-за этого время от времени электрическое оборудование приходится переподключать. Предложенная ниже инструкция поможет безопасно подключить электродвигатель на 220 В.

Задача достаточно проста. Главное в этом деле – не ошибиться при подключении обмоток. Классификация двигателей включает в себя два типа:

• трехфазного с обмоткой (схема включения звезда или треугольник);
• однофазного (у него пусковая обмотка).

Их способы подключения мы и рассмотрим.

Принцип действия.

Когда на обмотки статора подаются электрический ток, то в этих обмотках возникает электрический поток. Как вы помните, из выше написанных слов, фазы у нас смещены относительно друг друга на 120 градусов. И вот этот поток в обмотках начинает вращаться.

И при вращении магнитного потока статора, в обмотках ротора появляется электрический ток, и своё магнитное поле. Два этих магнитных поля начинают взаимодействовать и заставляют вращаться ротор электродвигателя. Это если ротор короткозамкнутый.

По принципу роботы вот посмотрите видео ролик.

Ну а с фазным ротором, по сути, принцип тот же. Напряжение подаётся на статор и на ротор. Появляются два магнитных поля, которые начинают взаимодействовать и вращать ротор.

Включение в сеть трехфазного двигателя

Отличительная черта асинхронного двигателя – простая конструкция относительно других видов электромашин. Его распространенность можно также объяснить его надежностью и износоустойчивостью. Асинхронный двигатель переменного тока имеет очень простую конструкцию по сравнению с другими видами электрических машин. Он довольно надежен, чем и объясняется его популярность. К переменному напряжению такой включают по схеме звезды или треугольника. Первую схему используют чаще. Рабочее напряжение электромоторов тоже отличается:

• 220–380 В;
• 380–660 В;
• 127–220 В.

Так как же подключить машину, не спалив обмотку?

Нужное напряжение

Пример информационной таблички на двигателе

Убедитесь в том, что электродвигатель соответствуем всем требованиям. Их можно найти на табличке на внешней стороне корпуса агрегата. Там указаны такие характеристики как мощность, напряжение, на которое рассчитан агрегат, коэффициент мощности конкретного асинхронного двигателя. Важно, чтобы одним из параметров было напряжение 220 В. Затем узнайте тип подключения обмоток. Для низких напряжений используют схему звезда, а для высоких – треугольник.

Схемы подключения

Для того чтобы подключить трехфазный асинхронный двигатель используют несколько различных схем, но чаще всего применяются «треугольник» и «звезда».

Треугольник

Преимущество данной схемы заключается в том, что при подключении согласно ей трехфазный двигатель может развивать наибольшую номинальную мощность. Для этого обмотки соединяются по принципу конец-начало, что на схематичном изображении похоже на треугольник, однако в виде треугольника понять что к чему, не всегда удобно. По этому предлагаем для анализа схему снизу, а затем фотографию уже в сборе (еще ниже).

схема подключения «треугольник»

В трехфазных электрических сетях величина линейного напряжения между выводами обмоток составляет 380 В. При этом нет необходимости создания рабочего нуля. Важно отметить, что в такой схеме может возникнуть большой пусковой ток, значительно перегружающий проводку.

Звезда

Этот способ подключения является наиболее используемым в сетях с трехфазным током 380 В. Название схемы связано с тем, что концы обмоток соединяются в одной точке, словно звездные лучи. Начала обмоток подключаются посредством аппаратуры коммутации к фазным проводникам. В такой конструкции линейной напряжение между начал составляет 380 В, а между местом соединения и подключения проводника – 200 В. Ниже представлена схема, а еще ниже уже фотография в собранном виде.

схема подключения «звезда»

Трехфазный двигатель для 380 В сетей, подключенный таким образом, не способен развить максимальную силу из-за того, что напряжение на каждой обмотке составляет 220 В. В свою очередь, такая схема предотвращает возникновение перегрузок по току, чем обеспечивается плавный пуск.

Возможность подключения двигателя тем или иным способом, как правило, указывается на его табличке. Значок Y означает «звезду», а ∆ — «треугольник». Определить схему на уже подключенной машине можно по виду обмоток – одна двойная перемычка между ними говорит, что использована «звезда» (первое фото снизу), а если между клеммами обмоток видно три перемычки – «треугольник» (первое фото сверху).

В случае, когда необходимо запустить трехфазный асинхронный электродвигатель в обратном направлении вращения, следует поменять два питающих провода от трехфазного источника местами.

Для высокого напряжения

Допустим табличка имеет следующие данные: Δ/Ỵ220/380. Эта надпись говорит о том, что двигателю требуется подключение треугольником. При наличии клеммной коробки сделать это не составит труда. Перемычки просто переключатся в требуемое положение.

Если клеммная коробка отсутствует и перед вами лишь провода, весь агрегат придется разобрать. Когда доберетесь до статора, увидите три конца проводов, они будут спаяны. Вы нашли соединение по схеме звезды. Их нужно отсоединить друг от друга и подключить по схеме треугольника.

В целом, это не очень сложно. Помните о том, что у катушки есть начало и конец, не путайте их. Если начало – это, то, что выведено в борно двигателя, значит, спаяны концы.

Подключение происходит так: конец одной катушки спаивается с началом другой.

С помощью таких нехитрых манипуляций, мы сделали двигатель, предназначенный для напряжения 380 В, пригодным для подключения к сети 220 В.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Для низкого напряжения

Может быть, что той же табличке написано Δ/Ỵ 127/220. Это говорит о том, что требуется «звездная» схема подключения обмоток. Если клеммной коробки нет, двигатель подключен «треугольником», а концы, как это часто бывает, не подписаны – не беда. Решение проблемы есть. Правда, в этом случае все несколько сложнее и займет больше времени.

Разведите все концы и с помощью омметра отыщите катушки статора.

Пометьте их с помощью скотча или цветной изоленты. Возможно, это пригодится еще не раз.

Возьмите батарейку и подключите ее к а1-а2. к в1-в2 подключите омметр.

Когда контакт с батарейкой будет разорван, стрелка на омметре сдвинется в сторону. Запомните, куда именно указала стрелка и присоедините прибор к с1-с2. Полярность менять не нужно. Проделайте все снова.

Стрелка может качнуться в другую сторону. В этом случае провода нужно поменять местами, и сменить маркировку. Стрелка должна отклоняться только в одну сторону.

Батарейка, на которой соблюдена полярность, соединяется с с1-с2, а измерительный прибор с а1-а2.

Теперь все нужно перепроверить. Стрелка должна отклоняться одинаково на всех катушках. Если все верно, пучок с одинаковыми цифрами (допустим, 1) — это начало, с цифрой 2 – конец.

Все три конца (а2, в2, с2) нужно соединить и изолировать. Это и есть соединение по схеме звезды. Его можно вывести на клеммник, сделать маркировку для удобства, нарисовать или наклеить схему, по которой соединены обмотки.

Переключение с «треугольника» на «звезду» готово. Устройство можно подключать к сети.

Подключение однофазных асинхронных двигателей

Еще один вид асинхронных электромашин – однофазные электродвигатели переменного тока. У таких моторов есть лишь две обмотки, причем, работает после запуска лишь одна. У таких двигателей есть некоторые особенности, их мы и рассмотрим.

Такие агрегаты еще называют электродвигателями с расщепленной фазой. На их статоре присутствует смещенная обмотка (относительно основной) – она является вспомогательной. Запустить машину помогает фазосдвигающий конденсатор.

Очень важно обращать внимание на табличку с характеристиками агрегата. Даже если вы видите три провода, это еще не показатель того, что двигатель можно включать в сеть на 380 В. Рискуете спалить обмотку – это основная неисправность подобных двигателей.

Включаем однофазный двигатель в сеть

Первым делом определяем середину катушек – это место соединения. Сделать это легко по цвету проводов.

Если все концы выведены нормально, то никаких проблем с подключением не возникнет. Если нет, то все немного усложняется.

Попробуйте прозвонить концы катушек омметром. Наибольшее значение сопротивления говорит о двух последовательно соединенных катушках. Их нужно как-то пометить. Следим за прибором дальше. У пусковой катушки в исправном состоянии сопротивление всегда выше, чем у той, что работает. После этого подключается конденсатор.

Готово, однофазный двигатель можно включать в сеть.

Уже не раз было сказано, что асинхронные двигатели – наиболее распространенный тип электромоторов на предприятиях. Из всего современного оборудования доля асинхронных агрегатов составляет 95%, в оставшиеся пять помещается более пяти видов разных электродвигателей. Каковы плюсы и минусы оборудования и почему оно так популярно?

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

• однофазные;
• двухфазные;
• трёхфазные.

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Положительные характеристики асинхронного двигателя

1. Часто выбор асинхронного двигателя связан с простотой конструкции – это его главное достоинство. Это объясняет не только трехфазная система снабжения электричеством, но и принцип действия машины. Из этого вытекает и другая положительная черта электродвигателя – невысокая цена. Из всех типов двигателей именно данный будет наиболее бюджетным.
2. Для того чтобы сформировать вращающееся магнитное поле в трехфазном электродвигателе, не требуются никакие дополнительные детали и элементы. Сама конструкция машины обусловливает вращение поля в статоре, из чего происходит движение ротора. Чтобы это осуществить нужно лишь подать напряжение с помощью контактора или пускателя и электродвигатель заработает.
3. Диагностика и обслуживание асинхронных двигателей не вызывает затруднений, а эксплуатационные затраты на машину совсем невелики. Если двигатель правильно установлен и его режим работы соответствует правилам, менять подшипники нужно не чаще, чем раз в 15 лет.

Отрицательные моменты в эксплуатации асинхронных двигателей

1. Зависимость скорости вращения ротора от того, сколько полюсов в обмотке статора и от частоты сети, которая питает двигатель. Если работа предусматривает смену скоростей, то это может стать существенным недостатком. Чтобы подобных проблем не было, существует двухскоростной асинхронный двигатель.
2. Эффект скольжения. Ротор вращается с меньшей частотой относительно поля в статоре. В этом состоит весь принцип работы машины. Скольжение еще имеет зависимость от нагрузки на вал. При желании эту проблему можно решить с помощью прибора для преобразования частоты.
3. Если помещение, сырое, использование двигателя такого типа может быть невозможным. Во влажных помещениях требования к электрической безопасности, как правило, особенно серьезные. А технические характеристики асинхронных двигателей, к сожалению, не позволяют агрегатам работать при напряжении меньше 220В.
4. Еще один недостаток – двигатель очень чувствителен к напряжению в сети. Если сеть в помещении, где применяется агрегат, нестабильна, при отклонении напряжения от нормы машина может перегреться, а динамическая характеристика изменится.
5. Большая величина пускового тока тоже является значимой проблемой. Во время запуска он может превышать нормальное значение даже в восемь раз. Поэтому мощные двигатели не рекомендуют подключать к сети напрямую. Пусковой ток. Большой пусковой ток – проблема асинхронных двигателей мощностью более 10 кВт. При пуске ток может превышать номинальный в 5-8 раз и длиться несколько секунд. Из-за этого негативного эффекта мощные двигатели нежелательно подключать напрямую. У двигателей с фазным ротором таких проблем нет.

Анализируя преимущества и недостатки асинхронного двигателя можно смело говорить о том, что плюсы использования агрегата сильно перевешивают все негативные моменты.

Принцип работы

Принцип работы двух и многофазных двигателей был разработан Николой Теслой и запатентован. Доливо-Добровольский усовершенствовал конструкцию электродвигателя и предложил использовать три фазы вместо двух, используемых Н. Теслой.

Усовершенствование основано на том, что сумма двух синусоид равной частоты различающихся по фазе дают в сумме синусоиду, это дает возможность использовать три провода (в четвертом “нулевом” проводе ток близок к нулю) при трех фазной системе против четырех необходимых проводов при двухфазной системе токов.

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора.

Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Вращающий момент двигателя создается силами взаимодействия магнитного поля и токов, индуцируемых им в роторе, а сила этих токов определяется относительной частотой вращения поля по отношению к ротору, который сам вращается в ту же сторону, что и поле.

Поэтому, если бы ротор вращался с той же частотой, что и поле, то никакого относительного движения их не было бы. Тогда ротор находился бы в покое относительно поля и в нем не возникала бы никакая индуцированная э. д. с., то есть в роторе не было бы тока и не могли бы возникнуть, силы, приводящие его во вращение. Отсюда ясно, что двигатель описываемого типа может работать только при частоте вращения ротора, несколько отличающейся от частоты вращения поля, то есть от частоты тока.

Поэтому такие двигатели в технике принято называть «асинхронными» (от греческого слова «синхронос» – совпадающий или согласованный во времени, частица «а» означает отрицание). Если машины, приводимые в действие двигателем, требуют иной частоты вращения, чем этот двигатель дает, то предпочитают применять зубчатые или ременные передачи с различными передаточными числами.

Само собой разумеется, что при возрастании нагрузки двигателя, то есть отдаваемой им механической мощности, должен возрастать не только ток в роторе, но и ток в статоре для того, чтобы двигатель мог поглощать из сети соответствующую электрическую мощность. Поэтому при работе с двигателями необходимо твердо соблюдать следующие правила:

1. Необходимо всегда подбирать двигатель такой мощности, какую фактически требует приводимая им в действие машина.
2. Если нагрузка двигателя не достигает 40 % нормальной, а обмотки статора включены треугольником, то целесообразно переключить их на звезду.
3. Для того чтобы изменить направление вращения вала двигателя на обратное, необходимо поменять местами два линейных провода, присоединенных к двигателю. Это легко осуществить при помощи двухполюсного переключателя.

Это осуществляется автоматически вследствие того, что ток в роторе также создает в окружающем пространстве свое магнитное поле, воздействующее на обмотки статора и индуцирующее в них некоторую э. д. с. Связь между магнитным потоком ротора и статора, или, как говорят, «реакция якоря», обусловливает изменения тока в статоре и обеспечивает согласование электрической мощности, отбираемой из сети, с механической мощностью, отдаваемой двигателем.

Будет интересно➡ Все что нужно знать о шаговых электродвигателях