Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – агрегат, приводящий в движение высоконагруженные механические системы

Общие сведения

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором имеет большое предприятие с трансформаторной установкой. В этом случае аналогию можно провести так: статор — это первичная обмотка, а ротор — это вторичная обмотка, и между ними есть зазор определенного размера. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет активное сопротивление в каждой из обмоток, что также аналогично принципу работы простого трансформатора.

Когда асинхронный двигатель подключен к сети, его статор начинает генерировать вращающееся магнитное поле. Движение поля обычно синхронизируется с типом частоты напряжения в подключенном источнике питания. Возникновение электричества в обмотках якоря происходит из-за действия электромагнитной индукции, вызванной действием магнитного поля.

В момент появления напряжения ротор с короткозамкнутым ротором начинает создавать собственное магнитное поле. Его цель — взаимодействовать с полем, которое создается статором и вращается. В момент контакта магнитных полей якорь начинает вращаться, и асинхронный двигатель с подключенным приводом передает крутящий момент от вала потребителю. Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором выполняется таким образом, чтобы создаваемый крутящий момент всегда был пропорционален напряжению в статоре.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя такова, что магнитные поля статора и ротора находятся в постоянном взаимодействии. Это приводит к тому, что скорость двигателя остается ниже частоты питания. Разница между этими значениями называется скольжением и характерна для всех двигателей с трехфазным асинхронным механизмом.

Статор трехфазного двигателя имеет три расположенные в шахматном порядке обмотки. При подаче питания соответствующего типа магнитные поля, создаваемые обмотками, также смещаются на 120 градусов друг от друга, таким образом смещая ротор.

Обмотки статора могут быть соединены по одной из двух распространенных схем — «звезда» или «треугольник». Если доступное сетевое напряжение достаточно низкое, предпочтительно использовать двигатель с треугольным последовательным соединением обмоток, так как он потребляет меньше энергии при запуске и работе. Следовательно, двигатели с системой обмотки звездой больше подходят для стабильных сетей большой мощности. Обычно на корпусе двигателя имеется паспортная табличка, на которой указаны требуемые характеристики сети.

Области применения асинхронных двигателей требуют определенной адаптации технических характеристик и конструктивных нюансов. Эти агрегаты успешно используются в составе кранов, лебедок и другого высоконагруженного оборудования. Однако благодаря простоте устройства и широким возможностям применяемой технологии расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором позволяет разрабатывать модели приводов для различных условий. Например, трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А активно используются в умеренных климатических условиях в сочетании со всеми распространенными типами промышленного оборудования.

Маломощные аналоги

Исследование трехфазного асинхронного двигателя показывает, что этот тип наиболее эффективен в большинстве ситуаций. Однако бывают также однофазные и двухфазные двигатели. Однофазная схема работы подразумевает наличие на статоре только одной обмотки, которая получает энергию в виде переменного напряжения. В этом случае статор снабжен специальной пусковой обмоткой, которая получает пусковой импульс через конденсатор или через индуктивность. Некоторые модели закорочены. Это сделано для создания фазового сдвига; без него ротор не начнет вращаться из-за пульсации магнитного поля статора.

Однофазные электродвигатели, в асинхронных системах которых используются магнитные поля, дополнительно комплектуются роторами цилиндрической формы с пазами, заполненными алюминием, и монолитно присоединенными к нему охлаждающими лопатками. Такая конструкция ротора называется беличьей клеткой; иногда встречается обозначение «беличья клетка». Сфера применения однофазных двигателей — маломощная бытовая техника.

Если доступен только однофазный источник переменного тока, было бы рационально использовать двухфазный двигатель. Эти агрегаты также имеют статор с двумя перпендикулярными обмотками. Одна обмотка подключена непосредственно к электросети, а перед второй установлен конденсатор, обеспечивающий фазовый сдвиг. Такая схема позволяет задать вращение магнитного поля и, наконец, запустить электродвигатель.

Двухфазные двигатели имеют больше возможностей, чем однофазные. Поэтому сфера их деятельности — бытовое и промышленное оборудование малой и средней нагрузки. Другое название двухфазных блоков — конденсаторный; это связано с наличием конденсатора, основного компонента, который позволяет ротору двигаться.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Основными компонентами асинхронного двигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронным двигателем мы понимаем разницу между скоростью ротора и скоростью электромагнитного поля.

Статор — это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполнен из электротехнической стали и установлен в станине. Каркас изготовлен методом литья из немагнитного материала (чугун, алюминий). Обмотки статора представляют собой трехфазную систему, в которой провода расположены в пазах с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток обычно подключаются к сети по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор — движущаяся часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух типов: с короткозамкнутым ротором и фазные роторы. Эти типы отличаются друг от друга конструкцией обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Этот тип электромобиля был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе из-за внешнего вида конструкции получил название «беличье колесо». Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из медных стержней (алюминия, латуни), замкнутых накоротко кольцами и вставленных в пазы обмотки сердечника ротора. Этот тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны в эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазовый ротор представляет собой трехфазную обмотку, соединенную звездой или треугольником. В таких электродвигателях в конструкции есть специальные щетки, с помощью которых можно регулировать частоту вращения ротора. Если к механизму такого мотора добавить специальный реостат, то при запуске мотора активное сопротивление уменьшится, а значит и пусковые токи уменьшатся, что пагубно скажется на электрической сети и самом устройстве.

Принцип действия

Когда электрический ток подается на обмотки статора, возникает магнитный поток. Поскольку фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, по этой причине поток в обмотках вращается. Если ротор закорочен, то при этом вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Магнитные поля ротора и статора, взаимодействуя друг с другом, заставляют ротор электродвигателя вращаться. Если ротор заблокирован по фазе, напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Особенности двигателей с короткозамкнутым ротором

Конструкция трехфазного двигателя практически не отличается от типовой модели, используемой для проектирования электроприводов. Однако некоторые отличия все же можно обнаружить: например, обмотки бесконтактные, а значит, нет подключения к внешним цепям. Таким образом обеспечивается достаточная надежность конструкции.

Магнитная система

Основное отличие асинхронного двигателя от устройства, работающего на постоянном токе, — это отсутствие четко определенной полярности. Этот тип магнитного комплекса называется неявным полюсом. Расчет количества полярных проводников ведется по типу комбинации катушек и количеству последних. Если двигатель относится к нескольким четырехполюсным моделям, то установленный внутри него механизм генерации магнитного поля будет включать четыре однотипных ветви. Каждая ветвь проводит определенную часть магнитного потока, имеющего полюс. Количество полюсов двигателя также зависит от количества ответвлений.

Изготовление ротора и статора осуществляется с учетом постоянного прохождения через них электрического тока, поэтому используются соответствующие материалы. Обычно эти компоненты изготавливаются из специального сплава электротехнической стали в виде отдельных листов. Каждая пластина снабжена собственным изоляционным слоем, чтобы уменьшить влияние вихревых токов, возникающих внутри железных сегментов во время вращения магнитного поля.

В процессе изготовления стальные сегменты получают канавки одного из трех типов: полузакрытые, закрытые или открытые, что определяет их форму. Эти слоты предназначены для размещения определенных обмоток. Что касается статора, то пазы обычно имеют овальную или прямоугольную форму и являются полузамкнутыми. Двигатели категории большой мощности, рассчитанные на большие нагрузки, практически всегда имеют открытые прямоугольные пазы. В основе статора лежит сердечник, который изготавливается методом литья. Прижимается стержень, который затем фиксируется несколькими стопорными винтами.

Производство асинхронных роторов с короткозамкнутым ротором происходит по той же схеме: отливается стальной сердечник, на котором он закреплен. Концы валов дополнены высокопрочными промышленными подшипниками, устойчивыми к перегреву и высоким скоростям. Общий диаметр ротора рассчитывается таким образом, чтобы оставался минимальный воздушный зазор между ним и обмотками статора.

Электродвигатели средней и малой мощности имеют зазор в несколько десятых миллиметра. Это пространство необходимо для снижения уровня магнитного сопротивления, которое, в свою очередь, влияет на величину напряжения намагничивания. Чем ниже сопротивление магнитного поля, тем меньше напряжение, потребляемое двигателем, когда ротор начинает вращаться. Следовательно, выходная мощность и общий КПД двигателя увеличиваются пропорционально уменьшению воздушного зазора.

Обмотка статора

Общая форма обмоток напоминает катушки, которые объединены в группы по одинаковому количеству фаз и расположены вдоль всего статора с обязательным соблюдением симметрии. Это устройство также используется в роторе. Каждая группа катушек представляет определенную фазу и функционирует как единая цепь. Когда уровень фазного напряжения достаточно высок или схема управления двигателем требует переключения определенных катушек, фазовая конструкция представляет собой комплекс из нескольких параллельных ветвей.

Обмотки статора изготавливаются из проволоки, которая может иметь прямоугольное или круглое сечение в зависимости от модели электродвигателя. Базовый элемент обмотки — виток с двумя проводниками. Расстояние между проводниками равно длине дуги, соответствующей одному из полюсов.

В некоторых вариациях конструкции электродвигателей можно увидеть лежащие в одних и тех же пазах витки, которые объединены в секции. Эти элементы расположены таким образом, что каждая канавка содержит одну или несколько сторон катушки. Так формируются одно- и двухслойные обмотки, основной характеристикой которых является количество пазов на полюс и одна фаза, отражающая степень распределения обмоток по пазам.

Пример статорного устройства двигателя с двумя полюсами покажет, что каждая фазовая сборка собрана из трех катушек, которые с одной стороны расположены в соседних канавках. Если количество витков больше одного, система намотки будет называться распределенной. Среди этих обмоток наиболее популярны двухслойные, которые соответственно размещаются в пазах. Их проводники крепятся специальными клиньями из печатной платы и крепятся к головкам.

Внутренние поверхности канавок также снабжены изоляцией из листового металла. Это может быть окрашенный холст, электрокартон или другие материалы, предназначенные для предотвращения прохождения напряжения. Между концами проводов на клеммных сторонах блока проходят передние части — провода, соединяющие кабели. Их длина максимально короткая; Отчасти это связано с тем, что передние части не участвуют в индукции электродвижущей силы.

Обмотка «беличья клетка»

Этот тип обмотки ротора собирается из алюминиевых или медных сегментов, закороченных с двух сторон кольцевыми элементами. Канавки ротора не имеют изоляционных слоев; стержни намотки находятся в непосредственном контакте с ними. Такое упрощение возможно благодаря нулевому напряжению в роторе с короткозамкнутым ротором.

Как правило, вид пазов в «беличьей клетке» полузакрытый. Маломощные агрегаты имеют замкнутые канавки, лишенные контакта с воздушным зазором за счет наличия стальной кромки, обеспечивающей прочное закрепление проводников. Побочным эффектом такой сборки является наличие небольшого индуктивного сопротивления.

Если стержни изготовлены для двигателя мощностью менее 100 киловатт, они будут иметь вид алюминиевых сегментов. Их заливают в расплавленном состоянии прямо в пазы; Параллельно производятся стопорные кольца. Алюминий считается наиболее подходящим металлом для этой цели из-за его низкой плотности, низкой температуры плавления и высоких проводящих свойств.

Схема управления приводом через электродвигатель подразумевает наличие в последнем собственной системы охлаждения. Этот комплекс выполнен в виде закрепленных на коленчатом валу вентиляторов, нагнетающих холодный воздух на те части, которые выделяют тепло. Это увеличивает производительность двигателя.

Агрегаты с увеличенным пусковым моментом

Этот тип двигателя оснащен ротором специальной конструкции. Это может быть двойная «беличья клетка» или якорь с крупногабаритными пазами. Кроме того, увеличение пускового момента и снижение энергопотребления вначале возможно за счет установки ротора типа «беличья клетка» с более высоким показателем активного сопротивления. Однако в этом случае уровень скольжения увеличится и будет наблюдаться падение мощности из-за дестабилизации напряжения в роторе. Двигатели с увеличенным скольжением обычно используются для толкания потребителей с коротким временем цикла.

На замкнутой двойной «беличьей клетке» установлена ​​двойная обмотка. Обойма, расположенная снаружи, действует как пусковая обмотка, имея пониженное реактивное сопротивление и повышенное активное сопротивление. Рабочая обмотка — внутренняя обойма; его индикаторы сопротивления перевернуты. Благодаря своим свойствам внешняя клетка создает высокий крутящий момент при прохождении пускового напряжения.

С увеличением скорости вращения электродвигателя напряжение начинает перетекать с внешней ячейки на внутреннюю. По окончании процесса агрегат начинает работать по стандартной замкнутой цепи с обоймой. Движение тока происходит под действием самоиндукции электродвижущей силы в проводниках ротора. Здесь вы можете нарисовать закономерность: магнитный диффузионный поток увеличивается пропорционально положению проводника, которое должно быть как можно ниже в канавке. Следовательно, увеличивается индуктивное сопротивление по мере увеличения самоиндукции.

Если в обеих ячейках наблюдается высокая частота тока, то влияние напряжения, перемещающегося во внутренней ячейке, на неподвижный ротор также увеличивается. В этом случае показатели индуктивного сопротивления начинают превышать активное сопротивление, что приводит к перераспределению энергии, обратно пропорциональному этим уровням. Ток в основном будет проходить через внешнюю клетку. Увеличивая скорость вращения ротора, можно снизить частоту тока в его обмотке, так как будет меньше пересечений плоскости магнитного поля в секунду. Тогда входящее электричество начнет учитывать активное сопротивление и начнет проходить через внутреннюю ячейку. По этим характеристикам процедура пуска двойной «беличьей клетки» напоминает процедуру для фазного ротора, что требует введения активного сопротивления через реостат и его снятия при увеличении скорости.

Чтобы сделать активное сопротивление стартовой обоймы максимально высоким, ее стержни изготовлены из бронзы или латуни с добавлением марганца. Внутренняя клетка установлена ​​на медных стержнях, так как этот металл имеет более низкое удельное сопротивление и большее поперечное сечение, чем стержни внешней клетки. Это приводит к почти пятикратной разнице в сопротивлении.

Между обоими рядами стержней имеется зазор. Изменяя это пространство, можно влиять на индуктивность внутренней ячейки. Из-за этого и других важных конструктивных нюансов электродвигатель с двойной «беличьей клеткой» стоит в среднем на 25% дороже, чем электродвигатель, оснащенный стандартным ротором с короткозамкнутым ротором. Первоначальная конструкция была более сложной, поэтому она была упрощена для моделей малой и средней мощности за счет использования литых под давлением алюминиевых сепараторов.

Встраиваемые электродвигатели также работают с технологией сдвига напряжения. Установленные в них роторы снабжены обоймой на медных шинах вместо обычных стержней, которые размещаются в пазах. Высота сидений в среднем в 12 раз больше их ширины. При этом нижний слой каждого стержня находится под воздействием большего количества линий магнитного поля рассеяния, в отличие от верхних слоев, в результате чего ротор имеет значительно повышенный уровень индуктивности.

В начале цикла пуска двигателя высокое индуктивное сопротивление нижних поверхностей стержней направляет ток на верхние. Площадь поперечного сечения стержней используется лишь частично, что приводит к увеличению сопротивления каждого стержня и обмотки ротора в целом. По мере увеличения скорости вращения объем смещенного напряжения начинает уменьшаться, а по мере стабилизации скорости напряжение начинает равномерно перемещаться по всем стержням.

Как подключить двигатель к источнику питания

Для запуска асинхронного двигателя его необходимо подключить к трехфазной электросети. Схема асинхронного двигателя собирается двумя способами. На рисунке представлена ​​схема подключения клемм двигателя, в которой обмотки статора собраны в форме «звезды».

На этом рисунке показан другой способ подключения, называемый «треугольником». Цепи собраны в клеммной коробке, закрепленной на корпусе.

Вы должны знать, что начало каждой из трех катушек, они также называются фазными обмотками, называются соответственно C1, C2, C3. Аналогично подписываются концы, которые имеют имена C4, C5, C6. Если в клеммной колодке нет маркировки клемм, начало и конец придется определять независимо.

Пуск

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличивать крутящий момент при ограничении пусковых токов: для этих целей используются двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в цепь ротора включен трехфазный реостат.

В начале пуска он полностью включен, а пусковой ток уменьшается. Во время работы реостат полностью втянут. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используются три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением звезда-треугольник. Переключатель последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя.

Как запустить трехфазный асинхронный двигатель

Когда частота вращения ротора приближается к номинальной, переключатель замыкается, замыкает катушку накоротко, и статор переключается на максимальное сетевое напряжение. При запуске автотрансформатора, когда двигатель разгоняется, автотрансформатор переводится в рабочее положение, где на статор подается полное сетевое напряжение. Запуск асинхронного двигателя с предварительным зажиганием обмотки статора звездой с последующим переходом в треугольник дает уменьшение тока в 3 раза.

При повреждении (обрыве) изоляции корпуса и корпуса электрических машин и трансформаторов возбуждаются относительно земли. Прикосновение к этим частям машины может быть опасно для людей в таких условиях.

Для предотвращения этой опасности при напряжениях выше 150 В относительно земли каркасы и кожухи электрических машин и трансформаторов должны быть заземлены, то есть они должны быть надежно связаны с землей металлическими проводами или шинами. Делается это по особым правилам, которые необходимо строго соблюдать, чтобы избежать несчастных случаев.

Трехфазный двигатель подходит для трехфазной сети, а двухфазный двигатель со сдвигом фаз во второй обмотке через конденсатор (конденсаторные двигатели) или через индуктивность больше подходит для однофазного двигателя.

Различия в подключении трехфазного асинхронного двигателя с одинарным или двойным напряжением иногда приводят к выходу из строя мотора: если не обращать внимания на то, какое напряжение выше и ниже, можно подключить его неправильно, и он сгорит.

Трехфазные асинхронные электродвигатели до ста тридцати двух размеров включительно рассчитаны на напряжение от двухсот двадцати до трехсот восьмидесяти вольт, сто шестьдесят размеров — от трехсот восьмидесяти до шестисот шестидесяти вольт, но могут быть и другие варианты.

Когда мы подключаем ненагруженный двигатель к сети, так что в первые моменты он равен нулю или близок к нему, частота вращения поля относительно ротора высока и индуцируется в роторе и т.д., следовательно, он тоже большой — он в 20 раз больше того и т д., который возникает в роторе при работе двигателя на нормальной мощности. В этом случае ток в роторе также значительно превышает нормальный.

Вам также может быть интересно прочитать малоизвестные факты о двигателях постоянного тока в другой нашей статье.

Управление асинхронным двигателем

Способы подключения асинхронного электродвигателя к электросети:
• прямое подключение к сети
• подключение устройства плавного пуска
• подключение от преобразователя частоты

Варианты подключения асинхронного электродвигателя с помощью магнитного пускателя (слева), устройства плавного пуска (в центре) и преобразователя частоты (справа). Схемы представлены в упрощенном виде. FU1-FU9 — предохранители, KK1 — тепловое реле, KM1 — магнитный пускатель, L1-L3 — контакты для подключения к трехфазной сети переменного тока, M1-M3 — асинхронные двигатели, QF1-QF3 — автоматические выключатели, UZ1 — устройство плавного пуска, UZ2 — преобразователь частоты

Прямое подключение к сети питания

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными электродвигателями путем непосредственного подключения электродвигателя к сети переменного тока.

С помощью магнитных пускателей можно реализовать схему:

• нереверсивный старт: старт и стоп;
• обратный старт: старт, стоп и реверс.

Использование теплового реле позволяет защитить электродвигатель от токов, намного превышающих номинальное значение.

Нереверсивная схема

Нереверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного тока через магнитный пускатель L1, L2, L3 — контакты для подключения к трехфазной сети переменного тока, QF1 — автоматический выключатель, SB1 — кнопка останова , SB2 — кнопка пуска, KM1 — магнитный пускатель, KK1 — тепловое реле, HL1 — сигнальная лампа, M — трехфазный асинхронный двигатель

Реверсивная схема

Реверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного тока с использованием магнитных пускателей L1, L2, L3 — контакты для подключения к трехфазной сети переменного тока, QF1 — автоматический выключатель, КМ1, КМ2 — магнитные пускатели, КК1 — реле тепловое, М — трехфазный асинхронный двигатель, SB1 — кнопка останова, SB2 — кнопка вперед, SB3 — кнопка реверса (назад), HL1, HL2 — сигнальные лампы
Недостатком прямого переключения обмоток асинхронного двигателя с сетью является наличие больших пусковых токов при пуске электродвигателя.

Плавный пуск асинхронного электродвигателя

В приложениях, где нет необходимости регулировать скорость электродвигателя во время работы, используется устройство плавного пуска для уменьшения пусковых токов.

Устройство плавного пуска защищает асинхронный двигатель от повреждений, вызванных внезапным увеличением потребляемой мощности во время пуска, ограничивая пусковые токи. Устройство плавного пуска позволяет плавно ускорять и замедлять асинхронный двигатель.

Устройство плавного пуска дешевле и компактнее преобразователя частоты. Он используется там, где регулировка скорости и крутящего момента требуется только при запуске.

Частотное управление асинхронным электродвигателем

Преобразователь частоты используется для управления скоростью вращения и крутящим моментом асинхронного двигателя. Принцип работы преобразователя частоты основан на изменении частоты и напряжения переменного тока.

Использование преобразователя частоты позволяет:
• снизить энергопотребление электродвигателя;
• контролировать скорость вращения электродвигателя (плавный пуск и остановка, регулировка скорости во время работы);
• избегайте перегрузки электродвигателя и, таким образом, увеличения срока его службы.

Функциональная схема преобразователя частоты

В зависимости от функциональности преобразователи частоты реализуют следующие методы управления асинхронным электродвигателем:
• скалярное управление;
• векторное управление.

Скалярный контроль

он прост и недорог в реализации, но имеет следующие недостатки: медленная реакция на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в задачах, где нагрузка постоянна или изменяется по известному закону (например, управление вентилятором).

Скалярное управление асинхронным двигателем с датчиком скорости
Векторное управление

он используется в действиях, в которых необходимо независимо управлять скоростью и крутящим моментом электродвигателя (например, лифта), что, в частности, позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменении крутящего момента нагрузки. В этом случае векторное управление является наиболее эффективным с точки зрения КПД и увеличения времени работы электродвигателя.

Среди векторных методов управления асинхронными электродвигателями наиболее часто используются: управление по полю и прямое управление крутящим моментом.

Полевое управление асинхронным электродвигателем с помощью датчика положения ротора

Полевое управление

позволяет плавно и точно контролировать параметры движения (скорость и крутящий момент), но в то же время для его реализации требуется информация о направлении вектора связи магнитного потока ротора двигателя.

По способу получения информации о положении магнитопровода ротора электродвигателя выделяют:
• полевое сенсорное управление;
• бездатчиковое управление по полю: положение магнитного соединения ротора рассчитывается математически на основе информации, доступной в преобразователе частоты (напряжение питания, напряжения и токи статора, сопротивление и индуктивность обмоток статора и ротора, количество полюсов двигателя пары).

Полевое управление асинхронным электродвигателем без датчика положения ротора
Прямое управление крутящим моментом

он имеет простую схему и высокую рабочую динамику, но в то же время высокий крутящий момент и пульсации тока.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором представляет собой асинхронный электродвигатель, в котором ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой в ​​виде короткозамкнутого ротора 1.

Конструкция асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор находится внутри статора. Между ротором и статором есть небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателя
Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонкого листа конструкционной стали, обычно толщиной 0,5 мм, покрытого изоляционной краской. Конструкция ламинированного сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в результате процесса изменения намагниченности сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора расположены в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного двигателя
Конструкция пластинчатого сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из короткозамкнутого сердечника и вала. Сердечник ротора также имеет слоистую структуру. В этом случае листы ротора не покрываются краской, так как ток имеет низкую частоту, а оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип действия. Вращающееся магнитное поле

Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при подключении к сети трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле — основная концепция электродвигателей и генераторов.

Нагрузка Вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя

Частота вращения этого поля, или частота синхронного вращения, прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна количеству пар полюсов p трехфазной обмотки.

, где n1 — частота вращения магнитного поля статора, об / мин, f1 — частота переменного тока, Гц, p — количество пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы лучше понять явление вращающегося магнитного поля, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток, протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. На рисунке ниже показано поле, создаваемое трехфазным переменным током в данный момент времени

Магнитное поле проводника постоянного тока
Магнитное поле, создаваемое обмоткой

Компоненты переменного тока со временем изменятся, в результате изменится создаваемое ими магнитное поле. В этом случае результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет иметь разную ориентацию, сохраняя одинаковую амплитуду.

Магнитное поле, создаваемое трехфазным током в разное время
В катушках электродвигателя течет ток (смещение 60 °). Нагрузка Вращающееся магнитное поле

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Поместим теперь замкнутый проводник во вращающееся магнитное поле. Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь, ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле появится замкнутый проводник с током, на который, согласно закону Ампера, будет действовать сила, в результате чего цепь начнет вращаться.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель также работает по этому принципу. Вместо рамы с током внутри асинхронного двигателя установлен ротор с беличьей клеткой, напоминающий беличье колесо. Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из стержней, закороченных на концах кольцами.

Ротор с короткозамкнутым ротором, наиболее часто используемый в асинхронных двигателях (показан без вала и сердечника)

Трехфазный переменный ток, проходя через обмотки статора, создает вращающееся магнитное поле. Следовательно, как описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, заставляющий ротор начать вращаться. На следующем рисунке можно увидеть разницу между токами, наведенными в стержнях. Это связано с тем, что величина изменения магнитного поля различна в разных парах стержней из-за их разного положения по отношению к полю. Текущее изменение стержней будет меняться со временем.

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор с короткозамкнутым ротором
Магнитный момент, действующий на ротор

Вы также заметите, что штанги ротора наклонены относительно оси вращения. Это сделано для уменьшения высших гармоник ЭДС и устранения пульсаций крутящего момента. Если бы стержни были направлены вдоль оси вращения, в них появилось бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки намного превышает магнитное сопротивление зубцов статора.

Восстановление маркировки обмоток

Точнее, маркировка обмоток нужна только для определения направления намотки катушек обмотки. Конец и начало обмотки указываются только для этого. Дело в том, что при включении обмотки начинают появляться вихревые токи, движущиеся в направлении «от начала до конца». Если обмотки включить по принципу «начать с начала, закончить концом», токи сложатся, обмотки превратятся в большой резистор и возникнет огромный общий ток. Двигатель сильно гудит и не запускается. Обмотки начнут очень быстро нагреваться, и двигатель сгорит. Кроме того, вполне возможно, что вспыхнет настоящее пламя оранжево-голубого цвета с очень вредным и неприятным запахом.

Есть способ определить конец и начало обмоток.

Весь процесс очень хорошо показан на видео. Автор этого видео проверял сетевое напряжение 220 вольт, чего я категорически не рекомендую. Используйте понижающие трансформаторы или автотрансформатор.

Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного

Различные типы роторов предполагают различие в принципе работы двигателя и в характере движения электрического и магнитного потоков. Кроме того, модели с разными роторными системами отличаются не только КПД, но и другими показателями производительности.

Короткозамкнутый ротор

Метод привода этого ротора основан на общем принципе электромагнитной индукции, которая в этом случае взаимодействует с замкнутым проводником. Помещенный во вращающееся магнитное поле, проводник начинает двигаться. Это происходит из-за электродвижущей силы, возникающей при приложении тока к обмотке статора. Индукция ЭДС будет течь внутри проводника, на который будет действовать пара сил Ампера, заставляя проводник вращаться.

Переменное напряжение, движущееся по обмоткам статора, создает магнитное поле, которое, в свою очередь, также движется вдоль оси вращения, а также заряжает обмотки ротора с короткозамкнутым ротором. Пары стержней будут отличаться величиной индуцированного тока, который будет меняться в зависимости от момента. Это приведет к дисбалансу магнитного поля, в результате чего ротор, питаемый переменным напряжением, перемещается.

Кроме того, стоит учесть наклон стержней относительно оси вращения. Это необходимо для стабилизации пары на индикаторе и предотвращения ее волнообразных изменений. Кроме того, наклонные стержни уменьшают высшие гармоники, когда они создают электродвижущую силу, и предотвращают пульсации магнитного поля.