Ротор асинхронного двигателя

Устройство, принцип действия асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово «асинхронный» означает неодновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Рис.1. Устройство асинхронных двигателей

Статор – неподвижная часть машины (рис. 1, а ). Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 1, б. в ). В пазах ротора укладывают обмотку, в зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни (рис. 1, г ), соединенные с торцов кольцами из этого же материала («беличья клетка»).

У фазного ротора (см. рис. 1, в ) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле это постоянный поток, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:

— пространственный сдвиг осей катушек статора,

— временной сдвиг токов в катушках статора.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120º. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.

При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n₁. об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

где f₁ – частота тока сети, Гц;

р – число пар полюсов магнитного поля.

При стандартной частоте тока сети Гц частота вращения поля по формуле (1) и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:

Вращаясь, поле пересекает проводники обмотки ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Частота вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше частоты вращения поля, т.е. ротор «отстает» от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения

где n₂ – частота вращения ротора, об/мин.

Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой к 0 (холостой ход).

185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Технические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Для преобразования электрической энергии в механическую, применяются специальные устройства. В частности это асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который является наиболее простым прибором данного типа.

Что это такое

Асинхронный двигатель – это устройство, которое используется для преобразования энергии электричества в механическую. Работает от сети переменного тока. Главным отличием от синхронной машины является то, что у данного двигателя частота вращения статора больше, нежели частота ротора. Этот электродвигатель пользуется большой популярностью благодаря своей надежности и простоте в использовании.

Трехфазный и однофазный двигатель состоит из статора и короткозамкнутого ротора, это отлично демонстрирует чертеж ниже. Статор состоит из отдельных цилиндрических листов стали и ротора. В пазах уложена обмотка, которая обустроена из обычного силового кабеля. Обмотка каждого паза находится по отношению к другому под углом 120 градусов, в разрезе становится видно, что во время работы пазы становятся звездой или треугольником.

Фото — асинхронный двигатель

Ротор – это сердечник, который находится внутри статора. Он также собран из отдельных стальных листов, которые соединены между собой при помощи расплавленного алюминиевого сплава. Благодаря этому вся конструкция образовывает собой шпильки (стержни). Они в свою очередь соединяются короткими кольцами, крепящимися к торцам стержней. Такая беличья клетка может быть соединена также медными кольцами, но тогда двигатель используется при меньших напряжениях, чтобы не расплавить металл.

Фото — конструкция ротора

Нужно отметить, что благодаря такой конструкции, обслуживание двигателя с асинхронным типом работы более простое, нежели синхронного. Из-за отсутствия щеток значительно продлевается эксплуатация прибора.

Приборы бывают в закрытом и открытом исполнении. Взрывозащищенный прибор находится в специальном кожухе, он защищен от возгорания при нестабильной работе сети. Также зависимо от расположения ротора, устройства бывают следующего типа:

1. Доступностью. Сравнительно с синхронными машинами, асинхронные стоят гораздо меньше. Кроме того они очень распространены. Их можно найти в специализированных магазинах, рынках, интернет-порталах;
2. Надежность. Помимо отсутствия щеток, которые перетираются значительно продлевает срок использования, устройство также поддается небольшим перегрузкам. Это необходимо, если двигатель используется на мощных производствах, где возможны перепады напряжения;
3. Легкость в использовании. Пуск выполняется простыми интуитивно понятными действиями. Для включения используется простая схема;
4. Высокие показатели КПД, сравнительно с синхронными машинами.

Фото — типы двигателей

При этом у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором есть недостатки:

1. Высокие показатели пускового тока при номинальной скорости. При первом запуске возможны сильные перегрузки электрической сети;
2. Низкий уровень защиты. Несмотря на защищенное исполнение обмоток, моторы такого типа подвержены поломкам. В частности, часто сгорает обмотка при постоянных перепадах напряжения;
3. Слишком низкий коэффициент скольжения.

Видео: Трехфазные асинхронные двигатели

Принцип работы

В момент, когда электрическая энергия подается на статор, каждая фаза начинает излучать определенное магнитное поле. Каждое из них повернуто по отношению к другому на 120 градусов. Благодаря этому общий поток магнитного поля становится вращающимся. Эти магнитные потоки в статоре создают электромагнитную индукцию. Из-за того, что обмотка ротора короткозамкнута, в ней возникает определенная сила тока. Этот ток взаимодействует с магнитным полем и возникает пусковая реакция. В момент максимальной скорости вращения, ротор сначала приостанавливается, производя тормозной момент, а после начинает вращаться. Далее, возникает пусковое скольжение.

Фото — схема пуска

Это механическая величина, которая определяет соотношение частоты магнитного поля статора и частоту вращения ротора. Измеряется она в процентах. Это очень важный показатель, т. к. по его размеру можно определить разность вращения ротора и статора, а, следовательно, и работу двигателя.

На начальном этапе работы скольжение равняется нолю, но после уменьшения электромагнитной индукции оно уменьшается или увеличивается в зависимости от типа работы. Например, на холостом ходу показатель уменьшается, в то время как на максимальной скорости скольжение увеличивается. Максимальное скольжение называется критическим. После того, как прибор начинает вращаться с максимальной скоростью, нужно следить за показателем скольжения. Иначе при превышении заданного уровня нарушается стабильность работы. Это влечет за собой не только поломку отдельных деталей устройства, в частности, стальных пластин, перегруженных от трения, но и полную поломку двигателя. Расчет производится посредством формулы:

S = ((n1 – n2) / n1) * 100 %

Где n1 – вращение поля статора, а n2 – вращение ротора.

При неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором падают его технические характеристики, как результат, он останавливается. Средним уровнем скольжения считаются показатели от 1 до 8 процентов. В некоторых типах допускается небольшое отклонение от этой нормы. Исходя из этого, электрические асинхронные модели работают благодаря взаимодействию магнитных полей статора с токами, которые возникают в обмотках ротора.

Фото — подключение двигателя

Технические характеристики и обозначение

Каждый электродвигатель имеет свои параметры работы, поэтому перед тем, как покупать устройство, нужно рассчитать потребные данные. Рассмотрим, какие технические характеристики имеет асинхронный двигатель типа АИР с короткозамкнутым ротором.

Стоит обращать внимание также на маркировку двигателей. Как видите, после обозначения марки двигателя, в таблице выше – это модели серии АИР, следует буквенное и численное определение класса двигателя.

Б – обдуваемые модели, обладают защитой от перегрева, его еще называют двигатель-вентилятор (например, модели АОД);
В – встроенного типа;
С – высокие показатели скольжения;
Е – встроенный тормоз;
Е2 – ручная остановка;
3Е – однофазная модель с трехфазной обмоткой;
Ж – погружной наносный двигатель;
Р3 – модель для мотор-генераторов;
Ш – швейный мотор, но также можно будет подключить к другим аналогичным по потребной мощности, устройствам;

К – крановое исполнение;
П – обладает высокими показателями точности при работе, максимально защищен от перегрузок;
А – используются в атомном производстве;

Х – стойкие к химическому воздействию.

Купить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором можно в специальном электротехническом магазине, цена будет зависеть от его типа и характеристик. В среднем стоимость варьируется от 800 рублей до нескольких тысяч.

« Предыдущая запись

Следующая запись »

Что еще почитать?

Что такое бесколлекторный двигатель постоянного тока и его принцип работы

Электродвигатель постоянного тока (motor DC) 12, 24, 220 вольт

Тяговые аккумуляторы — кислотные, гелевые, литеевые

Как выбрать устройство плавного пуска — общие сведения, производители

Серводвигатель, как тенденция будущего

Вентильный двигатель постоянного тока

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Пожалуй, нет ни одного серьезного механизма или машины, где не применялись бы электрические двигатели. В автомобиле, с стиральной машине, сельхозтехнике и мелких бытовых приборах — везде используется электрический двигатель. Наибольшее распространение получил асинхронный электрический двигатель и о нем сегодня мы поговорим.

Синхронные и асинхронные двигатели в машиностроении и в быту

Благодаря своей простоте и экономичности, асинхронный электромотор может пригодиться не только в машиностроении и в быту, но мы рассмотрим именно такие двигатели, которые встречаются чаще всего. Причиной популярности асинхронного двигателя переменного тока стали его доступность, возможность подключения к любой розетке электропитания без всяких выпрямителей и согласовательных устройств, а также простотой обслуживания и ремонта в случае чего.

Существуют два вида асинхронных электромоторов — с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Но для начала стоит разобраться в конструкции и узнать принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, после чего станет понятна причина его популярности. Несмотря на то, что асинхронный мотор был разработан еще в конце 19 века, до сих пор его конструкция особенных изменений не претерпела.

Преимущества АС двигателя

Главной особенностью характеристик этого двигателя и самым ценные их проявлением, считают тот факт, что нагрузка на двигатель практически никак не зависит от частоты вращения вала. Магнитные поля и электродвижущую силу изучают уже лет двести, а наш асинхронный двигатель стал лучшим подтверждением тому, это один из самых эффективных методов трансформации энергии.

Принцип работы этого мотора как раз основан на взаимодействии подвижного магнитного поля и токопроводящего элемента, распложенного внутри этого поля. Двигатель, как известно еще со школьной скамьи, состоит из двух базовых узлов — рoтора и статора. Статoр как раз генерирует вращающееся магнитное поле. Конструктивно, статoр представляет собой металлический сердечник, на него намотана обмотка из медной проволоки с термолаковой изоляцией.

Внутри статора, внутри его магнитного поля, поместили ротор, который представляет собой вал с сердечником и обмоткой. На рисунке ниже изображена схема устройства асинхронного мотора.
По схеме понятно, что статор состоит из наборных пластин и нескольких обмоток, которые намотаны на пластинчатый сердечник. Эти обмотки могут подсоединяться по разным схемам, в зависимости от типа напряжения. Каждая их обмоток сдвинута друг отнoсительно друга на 120 градусов. А ротор такого двигателя может быть принципиально двух типов.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Короткозамкнутый ротор и его особенности

Короткoзамкнутый ротор представляет собой наборной сердечник из специальной листовой стали. Сердечник имеет каналы, которые не изолируют обмотки друг от друга, а наоборот — они залиты расплавленным легкоплавким легким металлом, а он образует прутки, которые в торцах фиксируются на кольцах.

Металл, из которого выполняют эти прутки и которым заливают пространства между сердечниками, зависит от требуемых характеристик двигателя и это может быть как медь, так и алюминий.

Как работает магнитное поле

Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.

За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.

Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.

Источники: http://studopedia.ru/10_130200_ustroystvo-printsip-deystviya-asinhronnogo-dvigatelya.html, http://www.asutpp.ru/elektrodvigatel/asinxronnyj-dvigatel-s-korotkozamknutym-rotorom.html, http://avtoshef.com/princip-raboty-asinkhronnogo-dvigate/