Асинхронный двигатель
Недостатки
Пусковой момент
В силу электрических и механических переходных процессов в момент пуска двигатель обладает крайне низким КПД и большой реактивностью. Из-за низкого пускового момента привод может не справиться с началом вращения тяжелых механизмов. Этот же недостаток приводит к нагреву двигателя при пуске. Отсюда возникает другая проблема – ограничение количества пусков в единицу времени.
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.
Чувствительность к напряжению питания
При отклонении напряжения питания более чем на 5% параметры двигателя могут отличаться от номинальных, а сам агрегат может перегреваться. Кроме того, при понижении напряжения падает момент электродвигателя, который квадратически зависит от напряжения.
Величина напряжения питания
В сырых и влажных помещениях, где действуют повышенные требования к электробезопасности, применение асинхронного электродвигателя может быть невозможным. Дело в том, что из-за конструктивных особенностей такие двигатели практически не производятся на напряжение питания менее 220 В. В таких случаях применяют приводы постоянного тока, рассчитанные на напряжение 48 В и менее, либо используют гидравлические или пневматические приводы.
Скольжение
Проявляется в том, что частота вращения ротора всегда будет меньше частоты вращения поля внутри статора. Это заложено в принцип работы асинхронного двигателя и отражено в его названии. Скольжение также зависит от механической нагрузки на валу.
Скорость вращения ротора
Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети (стандартные значения в промышленности – 50 и 60 Гц) и от количества полюсов обмоток статора.
Преимущества
Эксплуатация
Затраты на эксплуатацию асинхронного электродвигателя крайне малы, а обслуживание не представляет никаких сложностей. Нужно лишь время от время проводить чистку от пыли и по необходимости протягивать контакты подключения. При правильной установке и эксплуатации двигателя замена подшипников производится раз в 15-20 лет.
Конструкция
Наиболее простая конструкция двигателя по сравнению с другими типами двигателей. Самый дешевый.
Подключение
Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не нужны дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Достаточно обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет работать.
Способы управления
Фазовый
Изменение частоты вращения ротора достигается путём изменения сдвига фаз между векторами напряжений возбуждения и управления.
Переключением обмоток со схемы «звезда» на схему «треугольник» в процессе пуска двигателя
Даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три раза, но в то же время снижается и момент.
Частотный
Изменение частоты вращения двигателя путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь.
Реостатный
Изменение частоты вращения двигателя с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент.
Импульсный
Подача напряжения питания специального вида (например, пилообразного).
Изменением числа пар полюсов
Если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для короткозамкнутых роторов).
Изменением амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (или действующее значение) управляющего напряжения
Тогда векторы напряжений управления и возбуждения остаются перпендикулярны (автотрансформаторный пуск).
Классификация по типу ротора
С фазным ротором
Конструктивно напоминает его статор. Основа ротора набирается из пластин электростатической стали, которые насаживаются на вал. Конструкция имеет продольные пазы, в которые укладываются витки катушек фазной обмотки. Количество фаз ротора строго соответствует количеству фаз статора.
С массивным ротором
Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки).
С короткозамкнутым ротором
Нет обмоток, их заменяют замкнутые с торцов между собой кольцами стержни, изготовленные из алюминия или меди. Визуально конструкция такого ротора напоминает беличье колесо, от чего он и получил свое название - “беличья клетка”.
Применение
В промышленности:
Автоматические задвижки
Вентиляция
Компрессоры
Дерево- и металлообрабатывающие станки
Насосы
Грузоподъемные механизмы (краны, лебедки)
В быту:
И много другое
Холодильники
Вентиляторы
Стиральная машина
Швейная машина
Дрель электрическая
Основные части электродвигателя
Ротор
Вращающаяся часть электродвигателя, которая и приводит в движение механизмы.
Его сборку производят на валу двигателя. Он состоит из металлических пластин электротехнической стали, которая обладает свойством малого сопротивления магнитному полю. Форма сердечника в виде цилиндра используется для укладки катушки якоря, которая называется вторичной. Она получает энергию от магнитного поля, появляющегося вокруг обмоток статора при подаче питания.
Вал
Подшипники вала находятся на его хвостовиках. При сборке двигателя подшипники запрессовываются, фиксируются болтами к крышкам корпуса.
Статор
Неподвижная часть электродвигателя
Корпус
Служит для образования соединений деталей двигателя. При малом размере двигателя корпус цельнолитый. Материал изготовления - чугун. Могут использоваться сплавы алюминия, либо сталь. Часто в небольших двигателях роль сердечника выполняет корпус. В больших двигателях со значительной мощностью корпус имеет сварную конструкцию.
Сердечник
Деталь запрессована в корпус, и предназначена для повышения магнитной индукции, изготовлена из электротехнической стали в виде пластин. Для уменьшения потерь, возникающих при вихревых токах, сердечник покрывается лагом.
Обмотка
Расположена в позах сердечника. Для ее намотки применяется медная проволока, секциями, соединенная между собой по определенной схеме. Данная обмотка первичная, непосредственно к ней подключается питание.
Схемы подключение электродвигателя к питанию
"Треугольник"
Повышенный вращающий момент
Максимальная мощность
Увеличенные тяговые способности
"Звезда"
Возможность перегрузки (недлительной)
Повышенная надежность
Плавный пуск
Режимы работы
Режим электромагнитного тормоза
Если у работающего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. Но ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении, т. е. ротор и поле статора асинхронной машины будет вращаться в противоположных направлениях. Электромагнитный момент машины будет оказывать на ротор тормозящее действие.
Режим холостого хода
Возникает при отсутствии на валу нагрузки в виде редуктора и рабочего органа. Из опыта холостого хода могут быть определены значения намагничивающего тока и мощности потерь в магнитопроводе, в подшипниках, в вентиляторе.
Генераторный режим
Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины приводным двигателем вращать в направлении вращения магнитного поля статора с определенной частотой, то скольжение станет отрицательным, а ЭДС в обмотке ротора изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора. В этом случае механическая мощность приводного двигателя будет преобразована в электрическую мощность.
Двигательный режим
При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи.
В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе возникают электромагнитные силы. Эти силы создают электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор приходит во вращение.
Классификация по числу фаз
Трехфазные
Основной тип. Имеют три обмотки на статоре, смещенные на 120 градусов.
Однофазные
Оснащены единственной обмоткой на статоре. Но должны иметь дополнительную обмотку - пусковую.
