Схема электродвигателя — способы подключения и запуска двигателя. Обзор типовых конфигураций и принципа работы
Работа внушительной части приборов, используемых в быту и на производстве, обеспечивается электродвигателями с различными спецификациями. Изучив технические характеристики, схемы соединения к электропитанию и подключения фаз двигателей, их можно использовать вторично в самодельных станках, насосных и вентиляционных системах.
Типовые конфигурации и принципы действия электродвигателей
Есть два наиболее распространенных вида моторов, подключение которых можно выполнить без дополнительных деталей. Это асинхронные двигатели с однофазным или трехфазным питанием и коллекторные устройства.
В асинхронных однофазных двигателях обмотка на роторе короткозамкнутая, по конструкции напоминающая колесо для белки.
Замкнутые на кругах стержни входят в пазы сердечника, где при индукции тока создается поле уравновешивающее электромагнитное поле катушки. Для того, чтобы после подключения к сети мотор заработал, нужен стартовый толчок.
В некоторых случаях, например на точильном станке двигатель можно запустить вручную, простым вращательным движением вала.
Можно также снабдить самодельный инструмент дополнительной стартовой обмоткой или частотным преобразователем, который обеспечит плавный запуск мотора. Начало вращения в асинхронных двигателях с трехфазной обмоткой статора происходит автоматически, благодаря чередованию фаз
Как видно на структурной схеме, в коллекторном электродвигателе имеются рабочая и пусковая обмотки. Переключение обмотки на роторе происходит при помощи графитовых щеток, единовременно под напряжением находится только одна из рамок, с магнитным полем, перпендикулярным полю статорной обмотки.
Подключение электромотора на самодельных устройствах
Перед использованием электродвигателя нужно навести справки о его типе и особенностях конструкции. Единственной доступной информацией при этом может быть лишь серийная маркировка на корпусе, остальное — мощность, тип, возможные системы управления двигателем — придется поискать в технических справочниках.
Проверка проводных выходов и корпуса на короткое замыкание — застрахует от аварий. Для этого, после визуального осмотра на предмет следов возгорания, при помощи мультиметра нужно сделать прозвон всех контактов и корпуса, затем проверить обмотки и выводы, и также конденсаторы при наличии.
Запуск двигателя коллекторного типа
Коллекторные двигатели компактны и работают на высоких оборотах. Ими оснащаются малогабаритные бытовые приборы, например, миксеры, мясорубки, кофемолки и стиральные машины, а также ручные инструменты — дрели, шуруповёрты, дисковые пилы и т. п.
На фото — схема подключения такого электродвигателя к питанию 220В через простой замыкающий выключатель. Кнопка в зажатом положении подает ток на обмотки статора и ротора. При двух разных обмотках на статоре можно сделать перемычку для переключения скоростей.
Способы подключения асинхронных двигателей
Различные модели асинхронных двигателей используются в бытовых кондиционерах, в насосных системах и аппаратуре промышленного назначения. Они, как правило, оснащаются преобразователями частоты, которые в зависимости от предназначения, выполняют постепенный набор оборотов при включении, или плавное, не ступенчатое, переключение скоростей.
Схема подключения обычно дается прямо на корпусе, где маркируются выводящие провода пусковой и рабочей обмотки. В других случаях их можно определить при помощи замеров сопротивления. Величина в Омах в двух вариантах последовательного соединения должна в сумме быть равной показателю сопротивления пары обмоток ротора и статора.
Конденсаторы могут быть установлены по схеме подключения к статорной обмотке, для обеспечения пуска электродвигателя, или в качестве рабочего устройства, подсоединенного к основной обмотке. Возможен и комбинированный вариант с двумя конденсаторами.
Емкость теплообменника зависит от мощности мотора в расчете 7мкФ на 100Вт. Чрезмерный нагрев корпуса после запуска свидетельствует о недостаточной емкости подключенных конденсаторов. Если наблюдается спад мощности и замедление оборотов, следует уменьшить емкость.
Трехфазными двигателями, отличающимися большой мощностью и возможностью автоматического старта оборудуют деревообрабатывающие и токарные станки. К трехфазной сети питания такие моторы подсоединяются в двух конфигурациях: треугольной или в виде звезды.
Частотные преобразователи — важный элемент системы управления двигателем, могут быть заменены симисторами для плавного пуска, которые подключаются по трехфазной схеме. Это позволяет снизить расход электроэнергии и износ мотора, предотвращает перегрев и дает ряд дополнительных возможностей для подключения автоматики.
Фото схем электродвигателя
Источник: http://electrikmaster.ru/sxema-elektrodvigatelya/
Неисправности асинхронных электродвигателей
В основном все неисправности электродвигателей происходят через износ деталей и стирание деталей, а также в результате нарушения правил эксплуатации. В основном все неисправности можно разделить на электрические и механические.
К электрическим можно отнести повреждение коллектора, контактных колец и листов сердечника, а также изоляции и токопроводящих элементов обмотки. Ну а к механическим можно отнести ослабление соединительных и крепежных посадочных площадок, нарушение формы и перекосы элементов двигателя.
Но обнаружить неисправность только лишь по типичным признакам не всегда получится, иногда понадобятся и небольшое оборудования и несложные измерения. Чаще всего встречается низкая скорость работы двигателя при полной нагрузке. В следствие постоянной и длительной эксплуатации возрастает вероятность подобной неисправности.
Если при всем этом напряжение сети нормальное, скорее всего причина в не качественном контакте в обмотках ротора или в большом сопротивление обмотки ротора, для двигателей с фазным ротором. При таком увеличенном сопротивление возрастает скольжение в следствие чего и возникает торможение или замедленная робота двигателя.
Что же приводит к увеличению сопротивления в цепи ротора? Это и плохие контакты в щеточном устройстве и в соединению обмоток с контактными площадками, плохой контакт в пусковом реостате, малое сечение проводников между контактным кольцом и реостатом.
|
Источник: http://elektt.blogspot.com/2016/03/neispravnosti-asinhronnyh-ehlektrodvigateley.html
Ремонт асинхронного электродвигателя
В статье рассмотрим ремонт асинхронного электродвигателя и его частей. Асинхронный электродвигатель – самый простой, долговечный и распространенный электромотор. Спектр его применения: заточные станки, мини-пилорамы и другие устройства, не требующие работы от аккумуляторов и регулировки скорости. В старых стиральных машинах они работают до сих пор.
Эксплуатируются трехфазные и однофазные асинхронные электродвигатели. Некоторые трехфазные моторы приспосабливаются для работы в однофазных сетях включением подключением фазосдвигающего конденсатора.
Рассмотрим характерные неисправности асинхронных двигателей и методы их устранения.
Ремонт асинхронного электродвигателя: устранение механических неисправностей
Проблемы с механикой у асинхронных моторов связаны с износом подшипников.
Определяется проблема по звуку: при увеличении зазоров в подшипниках качения шум работы двигателя становится громче, возникает вибрация. Торцевые части в районе вала нагреваются.
Это приводит к высыханию смазки, подшипник, работая «на сухую», теряет свои качества еще быстрее. Иногда при остановке вала после выключения слышно, как перекатываются шарики.
Чтобы электродвигатель работал бесперебойно читайте статью про «Устройства плавного пуска двигателей»
Выход из строя подшипников не всегда связан с их старением и выработкой ресурса. Недостаточная или неправильная смазка проводит к преждевременным поломкам.
Не смазываются только полностью закрытые подшипники качения, сепараторы которых закрыты от воздействия внешней среды, смазка помещается в них на заводе.
Остальные смазываются Литолом-24 или ее аналогами так, чтобы она полностью обволокла сепараторы с шариками.
Устройство закрытого подшипника качения
Увеличение зазоров в подшипниках приводит к еще одному явлению: вал с ротором получает дополнительную свободу в перемещениях в радиальном и поперечном направлениях. В итоге:
- Приводимый во вращение механизм вращается неравномерно и тоже выходит из строя;
- Ротор цепляется за крышки двигателя и за магнитопровод статора и повреждает их, а также – повреждается сам.
Для замены подшипников нужно разобрать двигатель, при этом подшипники обычно остаются на его валу. В этом случае для их демонтажа используется съемник соответствующих размеров.
Можно использовать выколотку из латуни, меди или другого мягкого материала. Выколотку прижимают к внутренней обойме подшипника. Ударяя по ней молотком и проворачивая вал, чтобы усилие распределялось равномерно, старый подшипник снимается с него.
Главное – не повредить посадочное место, на которое он одевается.
Съемник для подшипниковПример применения съемника
Если подшипник остался внутри крышки, то его выбивают, подобрав для этого подходящую по диаметру круглую болванку.
Край ее можно заточить под конус, чтобы она точно оказалась в центре внутренней обоймы.
Необходимо бить по болванке строго перпендикулярно плоскости подшипника, чтобы его наружная обойма не повредила посадочное место.
Для установки нового подшипника на вал двигателя используется металлическая трубка, желательно из мягкого материала. Внутренний ее диаметр должен быть чуть больше диаметра вала. Трубку плотно прислоняют к внутренней обойме подшипника и легкими ударами молотка по ней загоняют его на место.
При установке крышки следят, чтобы она садилась на место без перекосов, иначе наружная обойма подшипника повредит свое посадочное место.
На роторе двигателя установлены лопасти, предназначенные для вентиляции внутренних полостей мотора. Если происходит скол одной или нескольких лопастей, нарушается балансировка ротора. Это приводит к его биению, и подшипники выходят из строя чаще. Новый ротор найти сложно, поэтому такой двигатель придется выбросить.
Расположение лопастей вентилятора на роторе
Ремонт электрической части асинхронного электродвигателя
Признаками неисправностей асинхронного электродвигателя, связанных с электрикой, являются:
- Срабатывание защитных устройств от перегрузки или короткого замыкания
- Появление запахов горелой изоляции
- Искрение и дым внутри мотора
Перегрев корпуса в процессе работы может указывать на неисправность в обмотке двигателя, но чаще он свидетельствует о недопустимой механической нагрузке на валу. По той же причине срабатывает защита от перегрузки.
Но она работает и при витковых замыканиях в обмотке статора. Поэтому первое, что нужно проверить после срабатывания защиты – свободно ли вращается вал, а также попытаться запустить двигатель без нагрузки, отсоединив от него агрегат.
При срабатывании защиты от коротких замыканий проверка на холостом ходу не требуется. Порядок действий при этом такой:
| Действие | Норма | Средство проверки |
| Отсоединить кабель от двигателя и проверить его сопротивление изоляции. | Если оно менее 0,5 МОм, кабель заменить | Мегаомметр на напряжение 1000 В |
| При наличии фазосдвигающих или пусковых конденсаторов – проверить их исправность | Мультиметр | |
| Проверить исправность коммутационной аппаратуры | У трехфазного двигателя на него должны поступать все три фазы, иначе он перегреется и сгорит | Мультиметр или указатель напряжения |
| Убедиться, что в барно электродвигателя нет следов короткого замыкания и перегрева контактов | Визуально | |
| Измерить сопротивление изоляции между обмоткой двигателя и его корпусом | Не менее 0,5 МОм | Мегаомметр на напряжение 500 В |
Сопротивление изоляции, если оно равно нулю, определяется и мультиметром. Но ее увлажнение или неполное повреждение покажет только мегаомметр. Он измеряет сопротивление, прикладывая к тестируемому объекту повышенное напряжение.
Мегаомметр
Если сопротивление низкое, то обмотку статора можно попробовать просушить, пропуская через него горячий воздух от строительного фена или поместив в печь. Если корпус двигателя из силумина, температура сушки выбирается такой, чтобы его не расплавить.
Если просушка не помогла или изоляция обмоток электродвигателя равна нулю, его вскрывают и осматривают. Хотя при любом результате осмотра: механическое повреждение обмоток статора, потемнение или обугливание обмотки – статор отправляется в перемотку. Перемотать самостоятельно асинхронный двигатель очень сложно.
Если причину отключения от защиты установить не удалось, возможно, в обмотке витковое замыкание. У трехфазного двигателя оно определяется сравнением сопротивлений обмоток по фазам.
У однофазных сопротивление обмоток сравнивают с паспортными значениями. Но для этого недостаточно мультиметра – его точности не хватит, чтобы почувствовать разницу.
Для измерений применяют специальные приборы – омметры с классом точности 0,5 и выше.
Замыкание между собой нескольких витков приводит к нагреву замкнутого участка. Иногда его можно определить по потемнению изоляции, иногда – только прибором. В любом случае потребуется перемотка статора.
Сгоревшая обмотка статора
Еще один дефект, требующий отправки статора двигателя в перемотку – обрыв обмотки. Его можно определить и мультиметром. Иногда обрыв можно устранить, найдя места соединений обмоточного провода с выводами и место соединения обмоток в звезду. Если контакт пропал там, то провода нужно зачистить и спаять снова.
Источник: http://electric-tolk.ru/remont-asinxronnogo-elektrodvigatelya/
Неисправности асинхронных электродвигателей
2017-06-06Статьи
Асинхронные электродвигатели, хотя и являются довольно простыми и надежными механизмами, но в результате неправильной эксплуатации, тяжелых погодных условий и отклонения параметров питающей сети от номинальных могут выходить из строя.
Все неисправности электродвигателей с короткозамкнутым и фазным ротором можно разделить на две основные группы: механические и электрические.
К механическим неисправностям относятся дефекты в корпусе двигателя, крыльчатке вентилятора, ослабление крепления обмоток статора, деформация вала ротора, износ подшипников.
Наиболее частое механическое повреждение — это безусловно проблема, связанная с подшипниками.
Типичными признаками износа подшипников являются увеличение шума при работе двигателя и возникновение вибрации, вследствии чего двигатель начинает сильнее греться.
К электрическим повреждениям можно отнести межвитковые замыкания, обрыв обмоток, пробой изоляции на корпус, снижение сопротивления изоляции, повреждение изоляции, нарушение контактов и соединений, нарушение межлистовой изоляции магнитопроводов, износ щеток, повреждение контактных колец.
Для электрических замеров понадобятся мультиметр и мегаомметр.
Мультиметром можно определить целостность состояния обмоток статора, напряжение питающей сети, наличие всех трех фаз. Но проверить сопротивление изоляции обмоток им не получится. Для этого необходим мегаомметр. Он измеряет сопротивление, прикладывая к тестируемому объекту повышенное напряжение.
По нормам сопротивление изоляции обмоток между собой и относительно корпуса двигателя должно быть не менее 0,5 Мом. Если сопротивление меньше, но не близко к нулю, двигатель можно попробовать просушить. Для этого извлекаем ротор из двигателя и вставляем вместо него мощную лампу накаливания. После просушки снова делаем замеры.
Если же сопротивление равно или близко нулю — это уже короткое замыкание, сушка в данном случае не поможет.
Межвитковое замыкание можно примерно определить, замерив омметром сопротивление всех обмоток двигателя. Различия в замерах не должны превышать 2%.
Также межвитковое замыкание можно определить с помощью простого металлического шарика — для этого необходимо разобрать двигатель, вытащить ротор и подать на обмотки пониженное напряжение, не более 40В.
Кидаем шарик в стартер и он начинает вращаться по кругу внутри стартера. Если шарик прилипает к одному месту, значит в этом месте есть межвитковое замыкание.
Наиболее частые неисправности асинхронных электродвигателей:
- Перегрузка или перегрев статора электродвигателя — 31%
- Межвитковое замыкание — 15%
- Повреждения подшипников — 12%
- Повреждение обмоток статора или изоляции — 11%
- Неравномерный воздушный зазор между статором и ротором — 9%
- Работа электродвигателя на двух фазах — 8%
- Обрыв или ослабление крепления стержней в беличьей клетке — 5%
- Ослабление крепления обмоток статора — 4%
- Дисбаланс ротора электродвигателя — 3%
- Несоосность валов — 2%
| Неисправность | Причина | Способ устранения |
| Двигатель незапускается, не вращается и не издает шума. | 1. Не включается магнитный пускатель. | Проверить напряжение на питающих проводах, включая выход магнитного пускателя. |
| 2. К двигателю не подходят все три или подходят только две фазы питающего напряжения. | Проверить, нет ли обрыва в в обмотке статора. При обнаружении неисправности заменить статор или двигатель целиком. | |
| 3. Вышла из строя обмотка статора. | Заменить статор | |
| Двигатель не отключается | Не отключается магнитный пускатель или другой пусковой аппарат | Измерить напряжение на питающих проводах,включая выход магнитного пускателя |
| Двигатель не вращается и ненормально гудит | 1. Подходят только две фазы питающего напряжения | Проверить напряжение на питающих проводах, включая выход магнитного пускателя |
| 2. Обгорел зажим в коробке двигателя | Разобрать, почистить и снова собрать зажим или сделать отдельное соединение, которое необходимо заизолировать | |
| Двигатель не вращается | Вышел из строя подшипник | Заменить подшипник |
| Двигатель работает неустойчиво | Магнитный пускатель включаетсянеустойчиво и искрит | Устранить неисправность в цепи катушки магнитного пускателя или в его магнитной системе |
| Двигатель запускается и останавливается | Слабое нажатие контактов магнитногопускателя | Устранить неисправность в цепи катушки магнитного пускателя или в его магнитной системе |
| Двигатель не развивает нормальных оборотов и нагревается | 1. Двигатель работает с перегрузкой | Устранить перегрузку двигателя |
| 2. Вышел из строя подшипник | Заменить подшипник | |
| Двигатель гудит и не развивает номинального момента | Витковое замыканиеодной фазы в обмотке статора, межфазное замыкание в обмотках статора | Найти место повреждения обмотки иустранить замыкание, в случае необходимости, перемотать поврежденную часть обмотки |
| Равномерный перегрев всего электродвигателя | Неисправен вентилятор | Снять защитный кожух и отремонтироватьвентилятор |
| Сильный нагрев подшипников | 1. Неправильно установлены подшипники | Отремонтировать с устранением неполадок |
| 2. Плохое состояние масла | Долить или заменить масло | |
| 3. Подшипники износились | Заменить подшипники | |
| Выход из строя двигателя, полное иличастичное обугливание изоляции обмотки | Большой, выше номинального ток в обмотке двигателя появляется из-за длительной перегрузки механизма, его заклинивания, при несимметрии напряжения в питающих проводах, приаварийных режимах | Заменить двигатель |
Источник: http://electric-blogger.ru/stati/neispravnosti-asinxronnyx-elektrodvigatelej.html
Асинхронный двигатель: принцип работы и устройство :
Из всего спектра выпускаемых в настоящее время электрических моторов наибольшее распространение получил двигатель асинхронный трёхфазный. Практически половина производимой в мире электроэнергии используется именно этими машинами.
Они широко применяются в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности. Асинхронный двигатель незаменим на фабриках и насосных станциях.
Без таких машин не обойтись и в быту, где они используются и в другой домашней технике, и в ручном электроинструменте.
Область применения этих электрических машин расширяется с каждым днём, так как совершенствуются и сами модели, и используемые для их изготовления материалы.
Каковы же основные части этой машины
Разобрав двигатель асинхронный трехфазный, можно наблюдать два главных элемента.
1. Статор.
2. Ротор.
Одна из важнейших деталей – статор.На фото сверху эта часть двигателя расположена слева. Он состоит из следующих основных элементов:
1. Корпус. Он необходим для соединения всех деталей машины. Если двигатель небольшой, то корпус изготавливают цельнолитым. В качестве материала используют чугун. Применяются также сталь или сплавы алюминия. Иногда корпус малых двигателей совмещает функции сердечника. Если же двигатель имеет большие размеры и мощность, то корпус сваривают из отдельных частей.
2. Сердечник. Этот элемент двигателя запрессовывается в корпус. Служит он для улучшения качеств магнитной индукции. Выполняется сердечник из пластин электрической стали. Для того чтобы снизить потери, неизбежные при появлении вихревых токов, каждая пластина покрывается слоем специального лака.
3. Обмотка. Она размещается в пазах сердечника. Состоит из витков медной проволоки, которые собираются в секции. Соединённые в определённой последовательности, они образуют три катушки, которые в совокупности являются обмоткой статора. Подключается она непосредственно к сети, поэтому называется первичной.
Ротор — это подвижная часть двигателя.На фото он находится справа. Служит он для преобразования силы магнитных полей в механическую энергию. Состоит ротор асинхронного двигателя из следующих деталей:
1. Вал. На хвостовиках его закреплены подшипники. Они запрессовываются в щиты, крепящиеся болтами к торцовым стенкам коробки статора.
2. Сердечник, который собирается на валу. Состоит из пластин специальной стали, обладающей таким ценным свойством, как низкое сопротивление магнитным полям.
Сердечник, обладая формой цилиндра, и является основой для укладки обмотки якоря.
Роторная, или, как её ещё называют, вторичная обмотка получает энергию благодаря магнитному полю, которое появилось вокруг катушек статора при прохождении по ним электрического тока.
Двигатели по типу изготовления подвижной части
Различают двигатели:
1. Имеющие короткозамкнутую обмотку ротора. Один из вариантов исполнения этой детали показан на рисунке.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет обмотку, сделанную из алюминиевых стержней, которые располагаются в пазах сердечника. В торцевой части они замкнуты кольцами накоротко.
2. Электродвигатели, имеющие ротор, изготовленный с контактными кольцами.
У обоих типов асинхронных двигателей конструкция статора одинаковая. Различаются они только исполнением якоря.
Каков же принцип работы
Якорь трёхфазного асинхронного двигателя, исполненный подобным образом, приводится во вращение благодаря эффекту возникновения переменного магнитного поля в статорных катушках.
Чтобы понять, каким образом это происходит, необходимо вспомнить физический закон самоиндукции. Он гласит, что вокруг проводника, по которому проходит поток заряженных частиц, возникает магнитное поле.
Величина его будет прямо пропорциональна индуктивности провода и интенсивности протекающего в нём потока заряженных частиц. Кроме того, это магнитное поле формирует силу с определённой направленностью.
Именно она нас и интересует, так как является причиной вращения ротора. Для эффективной работы двигателя необходимо иметь мощный магнитный поток. Создаётся он благодаря специальному способу монтажа первичной обмотки.
Известно, что источник питания имеет переменное напряжение. Следовательно, магнитное поле вокруг статора будет иметь такую же характеристику, напрямую зависящую от изменения тока в подающей сети. Примечательно то, что каждая фаза смещена одна относительно другой на 120˚.
Что происходит в обмотке статора
Каждая фаза сети питания подключается к соответствующей катушке статора, поэтому возникающее вокруг них магнитное поле будет смещено на 120˚.
Источник питания имеет переменное напряжение, следовательно, вокруг катушек статора, которыми располагает асинхронный двигатель, будет возникать переменное магнитное поле.
Схема асинхронного двигателя собирается так, чтобы магнитное поле, возникающее вокруг катушек статора, постепенно изменялось и последовательно переходило от одной обмотки к другой. Таким образом создаётся эффект вращающегося магнитного поля.
Можно вычислить его частоту вращения. Измеряться она будет в оборотах за минуту. Определяется по формуле: n=60f/p, где f — это частота переменного тока в подключенной сети (Гц), p — соответствует числу пар полюсов, смонтированных на статоре.
Как работает ротор
Теперь необходимо рассмотреть, какие процессы возникают во вторичной обмотке. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет конструкционную особенность. Дело в том, что к его якорной обмотке напряжение не подводится. Оно там возникает благодаря магнитоиндукционной связи с первичной обмоткой.
Поэтому и происходит процесс, обратный тому, что наблюдался в статоре, в соответствии с законом, который гласит, что при пересечении проводника, а в нашем случае это короткозамкнутая обмотка ротора, магнитным потоком в нём возникает электрический ток.
Откуда берётся магнитное поле? Оно возникло вокруг первичной катушки при подключении трёхфазного источника питания.
Соединим статор и ротор. Что получится?
Таким образом, имеем асинхронный короткозамкнутый двигатель с ротором, в обмотке которого проходит электрический ток. Он и будет причиной возникновения магнитного поля вокруг якорной обмотки. Однако полярность этого потока будет отличаться от созданного статором.
Соответственно, и сила, образуемая им, будет вступать в противодействие с той, которая вызвана магнитным полем первичной обмотки. Это и приведёт в движение ротор, так как на нём собрана вторичная катушка, и хвостовики вала якоря закреплены в корпусе двигателя на подшипниках.
Рассмотрим ситуацию взаимодействия сил, возникающих от магнитных полей статора и ротора, с течением времени. Знаем, что магнитное поле первичной обмотки вращается и обладает определённой частотой. Созданная им сила будет перемещаться, имея аналогичную скорость. Это заставит асинхронный двигатель заработать. И его ротор будет свободно вращаться вокруг оси.
Эффект скольжения
Ситуация, когда силовые потоки ротора как бы отталкиваются от вращающегося магнитного поля статора, получила название скольжения. Следует отметить, что частота асинхронного двигателя (n1) всегда меньше той, с которой перемещается магнитное поле статора. Объяснить это можно так.
Чтобы в роторной обмотке возник ток, она должна быть пересечена магнитным потоком с определённой угловой скоростью. И поэтому справедливо утверждение, что скорость вращения вала больше либо равна нулю, но меньше интенсивности перемещения магнитного поля статора. Ротор имеет частоту вращения, зависящую от силы трения в подшипниках, а также от величины отбора мощности с вала ротора.
Поэтому он как бы отстаёт от магнитного поля статора. Именно из-за этого частота называется асинхронной.
Таким образом, электроэнергия питающего источника преобразовалась в кинетическую энергию вращающегося вала. Скорость его вращения прямо пропорциональна частоте тока питающей сети и количеству пар полюсов статора. Для увеличения частоты вращения якоря можно использовать частотные преобразователи. Однако работа этих устройств должна быть согласована с количеством пар полюсов.
Как подключить двигатель к источнику питания
Чтобы осуществить пуск асинхронного двигателя, его необходимо подключить к сети трёхфазного тока. Схема асинхронного двигателя собирается двумя способами. На рисунке показана схема соединения выводов двигателя, в которой статорные обмотки собраны способом «звезда».
На этом рисунке изображён другой способ соединения, именуемый «треугольник». Собираются схемы в клеммной коробке, закреплённой на корпусе.
Следует знать, что начала каждой из трёх катушек, их ещё называют обмотками фаз, именуются С1, С2, С3 соответственно. Аналогично подписываются концы, которые имеют названия С4, С5, С6. Если в клеммной коробке нет маркировки выводов, то начала и концы придётся определить самостоятельно.
Как сделать реверс
При возникновении потребности осуществить пуск асинхронного двигателя, изменив направление вращения якоря, надо просто поменять местами два провода подключаемого источника трехфазного напряжения.
Однофазный асинхронных двигателей
В быту проблематично использовать трёхфазные двигатели из-за отсутствия требуемого источника напряжения. Поэтому существует однофазный асинхронный двигатель. Он также имеет статор, но с существенным конструкционным отличием. Оно заключается в количестве и способе расположения обмоток. Это определяет и схему запуска машины.
Если однофазный асинхронный двигатель имеет статор с двумя обмотками, то расположены они будут со смещением по окружности под углом в 90˚. Катушки называются пусковой и рабочей.
Соединяются они параллельно, но, чтобы создать условия для появления вращающееся магнитного поля, дополнительно вводится активное сопротивление или конденсатор.
Это создаёт сдвиг фаз токов обмоток, близкий к 90˚, благодаря чему создаётся условие для образования вращающегося магнитного поля.
Если статор имеет только одну катушку, то подключённый к ней однофазный источник питания будет причиной пульсирующего магнитного поля. В замкнутой накоротко обмотке ротора появится переменный ток.
Он станет причиной возникновения своего магнитного потока. Результирующая двух образовавшихся сил будет равна нулю. Поэтому для запуска двигателя, имеющего такую конструкцию, требуется дополнительный толчок.
Создать его можно, подключив конденсаторную схему пуска.
Подключить двигатель к однофазной цепи
Изготовленный для работы от трёхфазного источника питания электромотор может работать и от домашней однофазной сети, но при этом существенно снизятся его характеристики, такие как КПД, коэффициент мощности. Кроме того, снизятся мощность и пусковые показатели.
Если же без подключения не обойтись, то требуется из трёх обмоток статора собрать схему, где их будет только две. Одна рабочая, а другая пусковая. Например, есть три катушки с началами С1, С2, С3 и концами С4, С5, С6 соответственно.
Для создания первой (рабочей) обмотки двигателя объединяем концы С5 и С6, а их начала С3 и С2 подключаем к источнику однофазного тока, например, бытовой сети 220 вольт. Роль второй, пусковой обмотки, будет выполнять оставшаяся незадействованная катушка стартера.
Она подключается к источнику питания через конденсатор, соединённый с ней последовательно.
Параметры асинхронного двигателя
При подборе таких машин, а также при дальнейшей их эксплуатации необходимо учитывать характеристики асинхронного двигателя. Они бывают энергетические – это коэффициент полезного действия, коэффициент мощности. Важно учитывать и механические показатели.
Основным из них считается зависимость между скоростью вращения вала и рабочим усилием, прикладываемым к нему. Существуют ещё пусковые характеристики. Они определяют пусковой, минимальный и максимальный моменты и их соотношение. Важно также знать, каков пусковой ток асинхронного двигателя.
Для наиболее эффективного использования двигателя необходимо учитывать все эти параметры.
Нельзя оставить без внимания вопрос энергосбережения. В последнее время он рассматривается не только с позиции уменьшения эксплуатационных затрат. Экономичность электродвигателей снижает уровень экологических проблем, связанных с производством электроэнергии.
Перед производителями постоянно ставятся задачи разработки и выпуска энергосберегающих двигателей, повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения шумового уровня.
Улучшить энергосберегающие показатели можно путём снижения потерь при эксплуатации. А они напрямую зависят от рабочей температуры машины. Кроме того, совершенствование этой характеристики неизбежно приведёт к увеличению срока эксплуатации двигателя.
Снизить температуру обмоток можно, применяя вентилятор наружного обдува, закреплённый на хвостовике вала ротора. Но это приводит к неизбежному повышению шума, производимого двигателем при работе. Особенно ощутим этот показатель при высокой скорости вращения ротора.
Таким образом, видно, что асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток. Он не способен поддерживать постоянную частоту вращения вала при возрастающих нагрузках. Зато такой двигатель имеет множество преимуществ по сравнению с образцами электродвигателей других конструкций.
Во-первых, он имеет надёжную конструкцию. Работа асинхронного двигателя не вызывает никаких сложностей при его использовании.
Во-вторых, асинхронный двигатель экономичен в производстве и эксплуатации.
В-третьих, эта машина универсальна. Имеется возможность её использования в любых устройствах, которые не требуют точного поддержания частоты вращения вала якоря.
В-четвёртых, двигатель с асинхронным принципом действия востребован и в быту, получая питание только от одной фазы.
Источник: https://www.syl.ru/article/176908/new_asinhronnyiy-dvigatel-printsip-rabotyi-i-ustroystvo
Принцип работы асинхронного двигателя
Главная > Советы электрика > Принцип работы асинхронного двигателя
Асинхронный (индукционный) двигатель (АД) – устройство, преобразовывающий электрическую энергию в механическую. «Асинхронный» означает разновременный. Электродвигатели асинхронные питаются от сети переменного тока.
Особенности асинхронных двигателей
Применение
Такие электродвигатели (частотные преобразователи) не используются в сетях постоянного тока. Но они имеют широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. По статистике, до 70% электроэнергии, которая преобразуется в механическую энергию поступательного либо вращательного движения, потребляется именно индукционными электродвигателями.
Асинхронная машина не подключается к сети постоянного тока.
Асинхронные частотные преобразователи не требуют сложного производства и просты по своей конструкции, но в тоже время очень надежны. Такие двигатели могут работать от однофазной и трехфазной сети, используя разные частоты. Преобразователи не подходят для сетей постоянного тока. Для их управления применяют сравнительно несложные схемы.
При выборе асинхронного двигателя зачастую возникают проблемы с определением:
- его мощности;
- характеристик и приемлемой схемы, с помощью которой осуществляется управление электродвигателем;
- расчетом мощности конденсаторов, которые нужны, чтобы преобразователь работал от одной фазы;
- марки и сечения провода;
- устройств защиты и управления, которыми оснащен преобразователь.
Чтобы во всем этом разобраться, необходимо знать устройство и особенности работы асинхронного агрегата. Это поможет правильно подобрать преобразователь для решения конкретной задачи.
Индукционный агрегат свое название получил благодаря тому, что магнитное поле вращается с более высокой скоростью, чем сам ротор, поэтому последний всегда пытается «догнать» скорость вращения поля.
Устройство АД
Принцип работы электродвигателя
Ротор и статор – главные элементы индукционного двигателя.
Схема устройства асинхронного агрегата
Схема: вал (1), подшипники (2,6), лапы (4), крыльчатка (7), статор (10), коробка выводов (11), ротор (9), кожух вентилятора (5), щиты подшипниковые (3,8).
На рисунке представлено устройство типового агрегата. Статор АД имеет форму цилиндра. Внутренняя часть имеет размеры, обеспечивающие зазор между ротором и статором. В пазах сердечника расположены обмотки.
Их оси для нормальной работы расположены относительно одна другой под углом 1200. Между собой концы обмоток собираются с помощью схемы «звезда» либо «треугольник», но это зависит непосредственно от напряжения.
Ротор может быть фазным либо короткозамкнутым.
Ротор вращается по ходу движения магнитного поля.
Трехфазную обмотку устанавливают на фазный ротор, она напоминает обмотку статора. С одной стороны концы обмотки фазного ротора обычно соединяются в «звезду», а свободные концы подсоединяются к контактным кольцам.
Для включения в цепь обмотки фазного ротора дополнительного сопротивления используются щетки, подключенные к кольцам.
Такая конструкция не предназначена для работы в цепях постоянного тока, так как необходимое вращение обеспечивает изменение фазы.
Короткозамкнутый ротор – это сердечник, который сделан из стальных листов. Пазы в короткозамкнутом роторе заполняются расплавленным алюминием, в результате чего получаются стержни, замыкаемые накоротко торцевыми кольцами.
Таким короткозамкнутым ротором создаются условия для минимального электрического сопротивления. Эта конструкция получила название «беличья клетка» или «беличье колесо».
Конструкция «беличья клетка»
В короткозамкнутом роторе повышенной мощности пазы заполняются медью или латунью. Беличье колесо – это и есть короткозамкнутая обмотка ротора.
В зависимости от подключаемой фазы индукционный агрегат подразделяется на однофазный и трехфазный. С помощью учета данного параметра различают принцип действия асинхронного двигателя.
Однофазная индукционная машина
Чаще всего индукционный однофазный двигатель переменного тока устанавливается в бытовой технике, так как электроснабжение дома осуществляется от однофазной электросети. Преимуществом таких двигателей переменного тока является достаточно прочная конструкция и низкая стоимость, отсутствие сложных схем управления.
Они вполне подходят для длительной работы, так как не нуждаются в техническом обслуживании. Обычно однофазный двигатель малой мощности – до 0,5 кВт. Такие электродвигатели устанавливаются в стиральных машинах, компрессорах холодильников и другой бытовой технике, где ротором создается небольшая скорость вращения, сравнительно небольшой объем силы тока.
Схема работы однофазного двигателя малой мощности
В однофазных индукционных агрегатах на статоре установлено управление ротором от двух обмоток, которые сдвинуты одна от другой на 900 тока для образования пускового момента. Одна обмотка является пусковой, а вторая – рабочей.
Однофазные электродвигатели не подходят для сетей постоянного тока. Они характеризуются низкими энергопоказателями и малой перегрузочной способностью. Агрегаты функционируют в нормальном режиме, если не нарушен определенный диапазон частоты поля. После начала вращения устройство управления подключает рабочую обмотку. Это позволяет уменьшить потребление энергии.
В электрических приводах с обычным запуском устанавливаются, как правило, однофазные индукционные двигатели, имеющие экранированные полюса. В таком асинхронном электродвигателе в качестве вспомогательной фазы выступают короткозамкнутые витки, имеющие минимальные сопротивления, размещенные на выраженных полюсах статора.
Учитывая то, что пространственный угол, образованный витком и осями основной фазы, гораздо меньше 900, в таком электродвигателе есть эллиптическое поле. С помощью него создаются сравнительно небольшие силы, чем и объясняются невысокие рабочие и пусковые свойства индукционных электродвигателей, оснащенных экранированными полюсами с фазным включением.
Индукционные однофазные электродвигатели, имеющие короткозамкнутый ротор подразделяются на:
- с усиленным сопротивлением фазы пуска;
- агрегаты с короткозамкнутым ротором, оснащенные рабочим конденсатором;
- оснащенные фазным пусковым конденсатором;комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
- комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
- с экранированными полюсами.
Асинхронным однофазным машинам не рекомендуется работать на холостом ходу. Пренебрежение данным правилом приводит к сильному перегреву фазного двигателя.
Трехфазный двигатель
Принцип работы генераторов тока в автомобилях
В трехфазной индукционной машине обмотка предназначена для образования вращающегося по кругу магнитного поля, которое проходит через короткозамкнутую обмотку ротора. Созданные с фазным управлением аппараты не применяются в цепях постоянного тока.
При прохождении поля через проводники обмотки статора образуется электродвижущая сила, которая и вызывает прохождение переменного тока в обмотке, управляющей ротором, имеющим собственное магнитное поле.
Данное магнитное поле при взаимодействии с фазным магнитным вращающимся полем статора вызывает вращение определенной частоты вслед за полями между ним и ротором.
Схема работы индукционного трехфазного агрегата
Данный принцип разработал академик из Франции Араго. Иными словами, если подковообразный магнит установить вблизи металлического диска свободно закрепленным на оси и вращать его с поддержанием определенной частоты оборотов, то металлический диск без дополнительного управления начнет движение за магнитом, однако скорость его вращения будет меньше, чем скорость движения магнита.
Данное явление обусловлено правилами электромагнитной индукции.
Во время вращения около поверхности металлического диска полюсов магнита в контурах под полюсом образуется электродвижущая сила соответствующей частоты, и возникают токи, создающие магнитное поле металлического диска. Магнитное поле диска начинает взаимодействовать с полем полюсов вращающегося магнита, в результате чего диск «увлекается» своим магнитным полем.
Так и в асинхронном агрегате, в качестве металлического диска выступает короткозамкнутая обмотка ротора, а в качестве магнита – магнитопровод и обмотка статора.
Чтобы облегчить управление и запуск трехфазного электродвигателя при подключении к однофазной сети (переменного, а не постоянного тока), на момент пуска дополнительно устанавливается параллельно с рабочим и пусковой конденсатор. Им компенсируют отсутствие фазы и соответствующей частоты поля.
Запуск трехфазного двигателя
Двигатель в работе. Видео
Частота вращения: формула
О том, как работает асинхронный двигатель в режиме генератора, можно посмотреть в этом видео. Здесь представлены дельные советы по оптимизации процесса, в том числе и те, которые относятся к схемам управления фазным вращением.
Таким образом, зная особенности работы индукционной машины, с уверенностью можно сказать, что преобразование в механическую энергию электрической происходит в результате вращения вала электродвигателя (ротора).
Скорость вращения магнитного поля ротора и статора напрямую зависит от частоты питающей сети и количества пар полюсов. В случае, когда тип двигателя ограничивает число пар полюсов, то для управления изменением частоты питающей сети в больший диапазон используют частотный преобразователь.
Выше рассмотрены особенности управления фазным вращением. Также приведены отличия конструкции с короткозамкнутым минимальным ротором, который используется для уменьшения сопротивления. Следует помнить, что устройство некоторых агрегатов подразумевает возможность их применения только в цепях постоянного тока. Преобразователи с фазным вращением работают при питании переменным током.
Источник: https://elquanta.ru/sovety/princip-asinkhronnogo-dvigatelya.html
Загрузка...
