Асинхронный электродвигатель: принцип работы

Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в современных электрических установках, это самый распространенный вид электрических машин переменного тока.

Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющее — от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаватора, дробилок, мельниц и т.д).

Устройство асинхронного электродвигателя

Совместная работа компонентов асинхронного мотора обеспечивает непрерывное преобразование электрической энергии в механическую.

Конструкция статора

Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полный шихтованный цилиндр (сердечник статора) с продольными пазами на внутренней поверхности, располагаемый внутри одного из элементов оболочки машины, называемого станиной. В пазах сердечника уложена обмотка статора. Сердечник статора изготовлен из листовой электротехнической стали, которая в отличие от электротехнической стали силовых трансформаторов является изотропной. Как и в трансформаторе, листы электротехнической стали изолированы друг от друга.

Конструкция ротора. Виды роторов.

Вращающаяся часть машины, называемая ротором, располагается во внутренней полости сердечника статора и состоит из сердечника ротора, обмотки и вала. Ротор и статор разделены воздушным зазором. На наружной поверхности сердечника ротора имеются продольные пазы, в которых размещается обмотка ротора. Ротора могут выполнятся двух видов:

• Фазный. Обмотка фазного ротора подобна обмотке статора, и клеммы начал ее фаз электрически соединяются с контактными кольцами на валу, изолированными друг от друга и от вала.
• Короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора отливается из сплава алюминия. Сплав заполняет пазы сердечника ротора и электрически соединяет их между собой торцевыми замыкающими кольцами с одновременно отливаемыми вентиляционными лопатками.

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Обмотка статора создает вращающийся магнитный поток, который при своем вращении пересекает проводники обмотки статора и ротора, индуктируя в них электродвижущую силу. ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает ее ток.

Отличие от синхронного агрегата

Ключевое различие между асинхронным и синхронным электродвигателем кроется в характере вращения ротора.

Асинхронная машина работает на основе принципа скольжения. Это означает, что скорость вращения ротора всегда немного отстает от скорости вращения магнитного поля статора.

Синхронная машина работает на основе принципа синхронизации скорости вращения ротора и частоты вращения магнитного поля статора. В таком двигателе ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Это достигается благодаря использованию постоянных магнитов или обмоток возбуждения, которые питаются от внешнего источника постоянного тока.

Сравнительная таблица характеристик:

Дополнительные факторы, на которые влияет конструкция моторов:

• Регулирование скорости. Асинхронные модели проще использовать в широком диапазоне скоростей с помощью преобразователей частоты.
• Момент инерции ротора. Синхронные устройства с постоянными магнитами имеют меньший момент инерции ротора, что позволяет быстрее разгоняться и тормозить.
• Условия эксплуатации. Асинхронные агрегаты более устойчивы к перегрузкам и кратковременным перенапряжениям.

Классификация и особенности асинхронных машин

Устройство и принцип работы асинхронных электродвигателей отличаются по числу фаз питающего напряжения и типу ротора.

Однофазные двигатели

Однофазные асинхронные машины широко применяются в бытовой технике и небольших механизмах из-за своей простоты и доступности. Однако они имеют ряд ограничений по сравнению с трехфазными двигателями, в частности, меньший пусковой момент и менее высокий КПД.

Принцип работы

Для создания вращающегося магнитного поля в однофазных двигателях используются дополнительные устройства: пусковые обмотки или конденсаторы. Пусковая обмотка включается только при запуске агрегата и создает магнитное поле, сдвинутое по фазе относительно основного поля. Это позволяет создать вращающий момент и запустить мотор.

Типы однофазных устройств

• С конденсаторным пуском. Используется пусковой конденсатор, который отключается после разгона устройства.
• С фазовым ротором. Имеют более сложную конструкцию, но обеспечивают плавный пуск и регулирование скорости.

Трехфазные двигатели

Трехфазные асинхронные машины отличаются высокой эффективностью, надежностью и простотой конструкции. Их назначение охватывает множество различных механизмов в промышленности.

Принцип работы

В трехфазном исполнении, вращающее магнитное поле создается непосредственно трехфазным напряжением, подаваемым на обмотку статора. Это позволяет получить более равномерный и мощный вращающий момент по сравнению с однофазными агрегатами.

Типы трехфазных машин

• С короткозамкнутым ротором. Наиболее распространенный тип, характеризуется простой и надежной конструкцией, низкой стоимостью. Благодаря большой величине индуцированных токов в роторе, модель развивает значительный пусковой момент. Однако возможности регулировки скорости ограничены.
• С фазным ротором. Плавное регулирование скорости вращения вала в широких пределах достигается за счет изменения сопротивления внешней цепи ротора. Пуск мотора осуществляется плавно, без резких скачков тока и момента.

Преимущества и недостатки асинхронных устройств

Асинхронные моторы бюджетны, просты в изготовлении, надежны в эксплуатации и неприхотливы в обслуживании. Эти моторы легко адаптируются к различным условиям работы и нагрузкам.

К недостаткам моделей относится низкая эффективность при малых мощностях, необходимость в специальных устройствах для плавного пуска и регулирования скорости. Также приборы зависимы от параметров сети питания.

Схемы подключения и пусковые методы

Схемы подключения устройств зависят от числа фаз питающего напряжения и типа ротора.

Для однофазного мотора подходят варианты:

• С пусковой обмоткой (двухфазная схема). Рабочая обмотка постоянно подключена к сети, а пусковая включается кратковременно для старта. После разгона пусковая обмотка отключается с помощью центробежного выключателя или реле времени.
• С конденсатором. Рабочая и пусковая обмотки остаются подключенными все время работы. В схеме используют конденсатор для повышения коэффициента мощности и снижения нагрева.
• С экранированными полюсами. В данной схеме отсутствует вторая обмотка. Основная обмотка подключается прямо к источнику питания, а экранирование полюсов создает необходимое сдвигание фаз для начала вращения.

Для трехфазных устройств применяют следующие схемы:

• Звезда. Все начала обмоток соединяют в одну точку (нейтраль), а концы подключают к фазам сети. Схему применяют при высоком питающем напряжении.
• Треугольник. Концы обмоток последовательно соединяют, чтоб получился замкнутый треугольник. Вариант применяют при более низком питающем напряжении.

Пуск однофазного двигателя

Чтобы ротор начал движение, нужно создать вращающее магнитное поле.

Существует два метода запуска однофазных агрегатов:

• Конденсаторный пуск. Конденсатор подключают последовательно с пусковой обмоткой. После разгона двигателя устройство отключается или продолжает работать.
• Пуск с помощью фазового регулятора. Схема используется для плавного регулирования скорости.

Пусковые токи однофазных устройств обычно выше, чем у трехфазных, поэтому оборудование нуждается в защите от перегрева. Чтобы предотвратить аварию, необходимо ограничивать время пуска, контролируя длительность работы пусковых устройств.

Пуск трехфазного двигателя

Мотор запускается плавно, так как трехфазное напряжение создает вращающееся магнитное поле без дополнительных устройств.

Способы пуска:

• Прямой. Мотор подключают напрямую к источнику питания. Применяется для устройств небольшой мощности.
• С пониженным напряжением. Подключение осуществляется с помощью автотрансформаторов или пусковых резисторов. Снижаются пусковые токи и механические нагрузки на приводной механизм.
• Частотный. Частотные преобразователи позволяют плавно регулировать скорость двигателя и оптимизировать пусковые характеристики.

Регулировка скорости и момента асинхронного двигателя

Применяют следующие способы регулирования скорости асинхронных двигателей:

• Применение частотных преобразователей. Обеспечивает плавную регулировку скорости в широком диапазоне, высокую точность и динамичность.
• Переключение обмоток статора. Применяют для двигателей с несколькими обмотками. Метод позволяет получить несколько фиксированных скоростей.
• Изменение сопротивления цепи ротора. Применимо для конструкций с фазным ротором. Позволяет плавно регулировать скорость.
• Изменение напряжения питания статора. Для настройки используют автотрансформаторы.

Области применения асинхронных электродвигателей

Надежные и неприхотливые асинхронные электродвигатели используют в следующих сферах:

• Промышленность. Устанавливают в приводы станов, кранов, вентиляторов, насосов, конвейеров, компрессоров, упаковочных машин.
• Транспорт. Применяют в электромобилях, электропоездах, электробусах.
• Сельское хозяйство. Используют в конструкции насосов, вентиляторов, зерноочистительных машин, молотилок.
• Строительство. Оснащают бетономешалки, краны, компрессоры.

Также асинхронные электродвигатели применяют в бытовой технике: холодильниках, стиральных и посудомоечных машинах, пылесосах, микроволновых печах, кондиционерах.

Вы можете воспользоваться нашей услугой ремонта асинхронных электродвигателей. Для этого оставьте заявку на нашем сайте.