Индукционный двигатель принцип работы

Принцип работы трёхфазного индукционного двигателя

Индукционный двигатель принцип работы

Что можно сказать об электродвигателе? Такой мотор является таким электромеханическим девайсом, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию.

В случае работы переменного тока, который является трёхфазным, наиболее часто применяющимся мотором является трехфазный индукционный мотор, ведь данный вид мотора не требует никакого стартового устройства.

Можно также сказать, что данный двигатель является самозапускающимся индукционным мотором.

Для того чтобы лучше понять принцип действия трёхфазного индукционного двигателя, необходимо иметь достаточно чёткое представление об основной особенности, которая присуща конструкции данного мотора. Данный электродвигатель имеет две части, которые можно назвать основными. А именно, это статор и ротор. Чтобы хорошо представлять себе работу данного устройства нужно знать достаточно об этих составляющих.

Статор

Статор данного индукционного двигателя сделан из определённого количества слотов, для того чтобы получилась трёхфазная обмотка, которая подключена к источнику переменного тока, являющегося трёхфазным.

Трёхфазная обмотка размещена в слотах таким образом, что она производит магнитное поле, которое является вращающимся. Это происходит после третьей фазы. Обмотка должна получать питание в виде переменного тока.

Ротор

Ротор данного индукционного мотора содержит многослойный сердечник, который имеет цилиндрическую форму. Этот сердечник с параллельными слотами, которые могут держать элементы, проводящие электрический ток. В роли таких элементов в данном случае выступают тяжёлые медные или алюминиевые стержни, которые подходят к каждому слоту и они замкнуты конечными кольцами.

Слоты не то что бы абсолютно параллельны оси вала. Они несколько скошены. Это обусловлено тем, что такое расположение уменьшает магнитный гудящий шум и может помочь избежать потери скорости данного мотора

О том, как работает этот двигатель

Создание магнитного поля, которое вращается

Статор мотора содержит смещённые перекрытые обмотки. Электрический угол смещения составляет 120º. Тут основная обмотка или же статор подключены к источнику тока, который является переменным и трёхфазным. Это обстоятельство уже, в свою очередь, служит причиной возникновения такого магнитного поля, которое вращается, причём вращается оно с синхронной скоростью.

Секреты вращения:

Согласно закону Фарадея “электродвижущая сила, которая вызвана в какой-либо электрической схеме, является следствием процента изменения магнитного потока, который идёт через схему”.

Так как обмотка ротора в индукционном моторе тоже замкнута через внешнее сопротивление или прямо замкнуто замыкающим кольцом, и отрезает магнитное поле статора (вращающееся), электродвижущая сила появляется на медном стержне ротора, и благодаря этой силе электрический ток течёт через элемент ротора, который специально для этого предназначен.

Здесь относительная скорость между вращающемся магнитным потоком и статичным проводящим элементом ротора является причиной возникновения электрического тока. Отсюда, исходя из закона Ленца, ротор будет вращаться непосредственно в том же направлении, чтобы относительная скорость уменьшилась.

Таким образом, исходя из принципа действия этого электрического двигателя, можно заметить, что скорость, которую имеет ротор, не должна достигать синхронной скорости, которая производится статором.

Если скорости были бы равны, то не было бы такой относительной скорости, так что не возникало бы и электродвижущей силы в роторе, не было бы потока электрического тока, и поэтому не было бы крутящего момента.

Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется проскальзыванием. Вращение магнитного поля в индукционном двигателе имеет преимущество, что не нужны никакие электрические связи с ротором.

Пора подвести итоги. Из перечисленных выше особенностей трехфазного индукционного мотора следует, что:

— Данный электродвигатель самозапускающийся и не нуждается в помощи какого-то другого элемента для своего старта.

— Этот мотор имеет меньше противодействия арматуры и искрообразования на щётках в силу того, что отсутствуют коммутаторы и щётки, которые могут вызывать образование искр.

— Электродвигатель данного типа прочен по конструкции, что, конечно же, является большим плюсом.

— Мотор экономичный, что делает его интересным решением во многих областях; соответственно, данный двигатель имеет неплохие перспективы, ведь он будет достаточно популярен и востребован.

— Данный электродвигатель довольно лёгок в обслуживании, что опять же позволяет назвать его перспективным, ведь данное качество интересно любому пользователю подобных устройств, который понимает важность этого нюанса.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Типы однофазных электродвигателей / Пусковой конденсатор с расщеплённой фазой и экранированным полюсом

Индукционный двигатель принцип работы

Однофазные индукционные двигатели превращают в двигатели, способные к самозапуску, путём обеспечения дополнительного магнитного потока за счёт дополнительных средств. Сейчас, в зависимости от этих самых дополнительных средств, эти двигатели подразделяются следующим образом:

1. Индукционный электродвигатель с расщеплённой фазой.

2. Индукционный электродвигатель с пусковым конденсатором.

3. Индукционный электродвигатель с двойным пусковым конденсатором (двухзначный конденсаторный метод).

4. Электродвигатель с постоянным разделяющим конденсатором.

5. Индукционный электродвигатель с экранированным полюсом.

Индукционный электродвигатель с расщеплённой фазой

В дополнение к основной обмотке или же к двигающейся обмотке статор однофазного двигателя имеет ещё одну обмотку, которую называют вспомогательной или стартовой.

Центробежный выключатель подключен последовательно к вспомогательной обмотке.

Задачей этого выключателя является отключение вспомогательной обмотки от основной схемы, когда скорость электродвигателя достигнет от 75% до 80% от синхронной скорости.

Известно, что движущаяся обмотка является индукционной по своей природе. Наша задача заключается в том, чтобы создать разницу фаз между двумя обмотками.

Это возможно, если стартовая обмотка имеет большое сопротивление.

Допустим, что Irun является электрическим током, который проходит через основную или движущуюся обмотку, Istart является током, проходящим через стартовую обмотку, и VT является напряжением, которое подаётся.

Известно, что для обмотки с большой резистивностью электрический ток почти в фазе с напряжением, а для обмотки с большой индуктивностью ток отстает от напряжения под большим углом.

Стартовая обмотка обладает большой резистивностью, поэтому электрический ток, который идёт через стартовую обмотку, отстаёт от приложенного напряжения с очень маленьким углом.

Движущаяся обмотка по сути своей очень индукционная, так что ток в этой обмотке отстаёт от напряжения под большим углом.

Результатом этих двух токов является IT. Данный результат производит вращающееся магнитное поле, которое вращается только в одну сторону. В индукционном двигателе с расщепленной фазой стартовый и основной электрический ток разделены друг с другом под определённым углом, поэтому данный двигатель и получил такое называние.

Применение индукционного электродвигателя с расщеплённой фазой

У данных двигателей имеется низкий стартовый электрический ток, средний стартовый крутящий момент. По этой причине данные двигатели нашли своё применение в таких вещах как центробежные насосы, вентиляторы, стиральные машины, а также во множестве других устройств. Эти двигатели доступны в размерах в диапазоне от 1 / 20 киловатт до 1 / 2 киловатт.

Индукционный электродвигатель с пусковым конденсатором и индукционный электродвигатель с двойным пусковым конденсатором

Принцип работы и конструкция индукционного электродвигателя с пусковым конденсатором и индукционного электродвигателя с двойным пусковым конденсатором почти одинаковы. Известно, что однофазный индукционный электродвигатель не способен к запуску самого себя, поскольку магнитное поле, которое возникает в итоге, не относится к вращающемуся типу поля.

Для того чтобы производилось вращающееся магнитное поле, должна быть разница фаз. В случае с индукционным двигателем, имеющим расщеплённую фазу, использовалось сопротивление для того чтобы создать эту разницу фаз, но в данном случае для этой цели используется конденсатор.

Известен тот факт, что электрический ток, проходящий через конденсатор, приводит к возникновению напряжения. Поэтому в данных двух типах электродвигателя используются две обмотки, соответственно, основная обмотка и стартовая обмотка. К стартовой обмотке подключается конденсатор, так что электрический ток, который идёт через конденсатор, Ist приводит к напряжению под определённым углом, φst.

В силу того, что движущаяся обмотка индуктивна по натуре, электрический ток в ней отстает от напряжения под углом, φm. Теперь возникает большой угол фазы, разница между этими двумя электрическими токами, которая производит ток, I, а это уже приводит к образованию вращающегося магнитного поля.

Крутящий момент, производимый этими электродвигателями, зависит от разницы угла фазы, которая почти 90°. Поэтому эти двигатели производят очень большой стартовый крутящий момент. В случае с индукционным мотором со стартовым конденсатором, центробежный выключатель отключает стартовую обмотку, когда двигатель достигает 75-80% от синхронной скорости.

Но в случае с индукционным электродвигателем с двойным пусковым конденсатором отсутствует центробежный выключатель, поэтому конденсатор сохраняется в схеме и помогает улучшить коэффициент мощности и условия движения индукционного однофазного двигателя.

Применение индукционного электродвигателя с пусковым конденсатором и индукционного электродвигателя с двойным пусковым конденсатором

Эти двигатели имеют высокий начальный крутящий момент, поэтому их используют в конвейерах, кондиционерах воздуха, шлифовальных станках и т.д. Они доступны вплоть до 6 киловатт.

Электродвигатель с постоянным разделяющим конденсатором

Он имеет клеткообразный ротор и статор. У статора имеются две обмотки. Одну называют основной, а другую – вспомогательной. Имеется лишь один конденсатор, подключенный последовательно в стартовой обмотке. Стартовый выключатель отсутствует.

Преимущества и способы использования

Центробежный выключатель не нужен. Эффективность в данном случае выше, а крутящий момент достаточно мощный. Данный электродвигатель нашёл себе применение в нагнетателях воздуха в обогревателях и кондиционерах воздуха, а также в вентиляторах. Также он используется и в офисном оборудовании.

Индукционные однофазные электродвигатели с экранированным полюсом

Статор данного двигателя имеет выдающиеся или выступающие полюсы. Эти полюсы экранированы за счёт медной полосы или кольца, которые по природе своей индукционны. Полюсы в данном случае разделены на две неравные части. Более маленькая составляющая несёт медную полосу. Эту область называют экранированной областью полюса.

ДЕЙСТВИЕ: Когда однофазный ток приходит на статор, получается переменный магнитный поток. Эта перемена магнитного потока вызывает электродвижущую силу в экранированной катушке. С того момента как эта экранированная часть замкнута, электрический ток, который в ней производится, будет в таком направлении, которое будет противоположно главному магнитному потоку.

Магнитный поток в экранированном полюсе отстаёт от магнитного потока в не экранированном полюсе. Разница фаз между этими двумя потоками способствует возникновению результирующего вращающегося магнитного потока.

Известно, что электрический ток обмотки статора является переменным по природе, поэтому и магнитный поток, возникающий из-за данного тока, является переменным. Для того чтобы полностью понять то, как работает индукционный двигатель с экранированным полюсом, стоит рассмотреть три участка:

1. Когда магнитный поток меняет своё значение с нуля на почти что максимальное положительное значение.

2. Когда магнитный поток остаётся почти неизменным на своём максимальном значении.

3. Когда магнитный поток уменьшается с максимального положительного значения до нуля.

Участок 1:

На данном участке скорость возрастания магнитного потока, а значит, и электрического тока, является очень высокой.

Согласно положению, выдвинутому Фарадеем, когда бы ни происходило изменение магнитного потока, электродвижущая сила всё равно будет возникать.

Так как медная полоса замкнута, электрический ток начинает протекать в медной полосе, в силу вызываемой электродвижущей силы. Данный ток производит свой собственный магнитный поток.

Сейчас, согласно положению Ленца, направление этого тока таково, что оно противоположно возрастанию этого тока.

Магнитный поток экранирующего кольца противоположен главному магнитному потоку, что приводит, в свою очередь, к скоплению магнитного потока в не экранированной области статора, тогда как магнитный поток в экранированной части слабеет.

Такое неравномерное распределение магнитного потока вынуждает магнитную ось сдвигаться в середину не экранированной области.

Участок 2:

На данном участке скорость роста электрического тока, а следовательно, и магнитного потока остаётся практически неизменной.

Поэтому электродвижущая сила, которая возникает в экранированной области, очень мала.

Магнитный поток, который производится этой силой, не имеет эффекта на главный магнитный поток, и поэтому распределение магнитного потока остается равномерным, и магнитная ось лежит по центру полюса.

Участок 3:

Скорость уменьшения магнитного потока и тока очень высока. Опять же актуален закон, установленный когда-то Фарадеем, который был актуален на первом участке.

Раз медная полоса замкнута, ток начинает проходить в этой полосе, в силу возникшей электродвижущей силы. Этот ток производит свой магнитный поток.

Направление этого электрического тока обратно его собственному уменьшению (из положения, выдвинутого Ленцем).

Так что магнитный поток экранирующего кольца помогает главному магнитному потоку. Это приводит к скоплению магнитного потока в экранированной части статора и к ослаблению его в не экранированной области. Это неравномерное распространение потока способствуют смещению магнитной оси в середину экранированной части полюса.

Это смещение магнитной оси продлевает отрицательный цикл, а также приводит к производству вращающегося магнитного поля. Направление этого поля лежит из не экранированной части полюса в его экранированную часть.

Преимущества и недостатки электродвигателя с экранированным полюсом

Плюсы такого двигателя состоят в следующем:

1. Он очень экономичен, а также очень надёжен.

2. Конструкция проста и прочна, поскольку отсутствует центробежный выключатель.

К недостаткам такого двигателя относятся:

1. Маленький коэффициент мощности.

2. Стартовый крутящий момент очень слаб.

3. Эффективность очень низка, так как потери меди велики из-за наличия медной полосы.

4. Изменение скорости также непросто осуществить, как, впрочем, и затратно, ведь это требует другого комплекта медных коле

Применение электродвигателя с экранированным полюсом

В силу их слабых стартовых крутящих моментов и приемлемой цены, эти двигатели в основном используются в маленьких инструментах, игрушках, фенах и т.д. Двигатели такого типа обычно доступны в следующем диапазоне: от 1 / 300 до 1 / 20 киловатт.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

Новое направление – индукторные приводы

Индукционный двигатель принцип работы

Технология изготовления и применения, управляемого индукторного привода (ИП) является передовой и наиболее перспективной в области силового электропривода. Индукторный двигатель (ИД) имеет простую и надёжную конструкцию.

Ротор – зубчатый без обмоток, не имеет стержней и постоянных магнитов, набирается из листов электротехнической стали.

Статор – зубчатый, шихтованный, обмотка в виде катушек, устанавливаемых на зубцы (полюсы) и объединённых в несколько фаз.

Катушки не имеют пересекающихся лобовых частей, что повышает их долговечность и обеспечивает легкую ремонтопригодность (достаточно заменить одну катушку, вышедшую из строя, при этом соседние катушки остаются не тронутыми).

Питается ИД от блока управления, с применением IGBT транзисторов, путём поочерёдной подачи импульсов напряжения на катушки по сигналам от датчика положения ротора, что обеспечивает формирование механической характеристики практически в любом диапазоне. Изменением частоты следования импульсов регулируется частота вращения ротора в широких пределах при сохранении неизменным КПД. Изменением длительности импульсов напряжения регулируется момент и мощность двигателя.

Программно управляемая микропроцессорная система, позволяет осуществлять коррекцию естественной механической характеристики при реализации электропривода для тяговой, вентиляторной, крановой, экскаваторной и другими типами нагрузок.

ИД характеризуется длительной и безотказной работой в динамических режимах с частыми пусками и остановками. При этом пуск механизма осуществляется плавно. В ИД отсутствуют пусковые токи. При запуске величина токов не превышает номинальных значений. Максимальная частота управляющих импульсов не превышает 250 – 300 Гц.

ИД обладает уникальным свойством, принципиально отличающим его от других электрических машин, которое обеспечивает его повышенную живучесть, – это отсутствие обмоток ротора, отсутствие скользящего контакта, магнитная и электрическая независимость его фаз. Поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких катушек не приводит к полной потере работоспособности привода, как у двигателей постоянного и переменного тока, а только частично снижает его мощность.

По сравнению с частотно-регулируемым асинхронным двигателем индукторный двигатель имеет более высокий КПД (на 3–5 %) при таких же габаритах.

Основные преимущества индукторного привода

  Основные преимущества индукторного привода (ИП), определенные в результате многолетнего опыта разработок и исследований, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом:

  • Высокая перегрузочная способность двигателя в пусковом режиме порядка 4-х кратной номинальной величины вращающего момента и выше при соответствующем выборе элементной базы преобразователя;
  • Важнейшим, с точки зрения энергосбережения, преимуществом ИП является сохранение высокого значения КПД двигателя, близкого к номинальному (для крупных машин 97-98%), в часто встречающихся режимах работы с неполной нагрузкой на валу;
  • Более высокий КПД преобразователя (инвертора) за счет работы на низкой частоте 100-300 Гц в отличие от инвертора асинхронного двигателя (АД), работающего в режиме ШИМ на частотах в 2500 Гц;
  • Высокое быстродействие за счет малой инерционности без обмоточного ротора и полностью шихтованной ферромагнитной системы статора и ротора, точность управления моментом, возможность плавного регулирования частоты, вращения в широком диапазоне при фазовом управлении ИП без использования преобразователя ОС/ОС для регулирования постоянного напряжения на входе инвертора (необходимого для АД), что также повышает КПД ИП;
  • Простота конструкции магнитопроводов статора, ротора и катушечных обмоток двигателя, не имеющих пересекающихся лобовых частей, обеспечивает высокую технологичность, повышенные надежность, долговечность и ремонтопригодность;
  • Ротор двигателя не содержит обмоток, поэтому от него не требуется отвод тепла;
  • Высокая надежность силового инвертора, обусловленная схемными решениями, исключающими в нем возможность сквозных коротких замыканий;
  • Повышенная живучесть ИП за счет магнитной независимости фазных обмоток в двигателе и электрической независимости фазных блоков в преобразователе питания, поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких фаз приводит не к полной потере работоспособности привода, как у АД, а к частичному снижению мощности.

Примеры индукторных приводов, разработанных и сделанных нашим предприятием

 

Электродвигатели ИД-45 хода бурового станка СБШ-250, мощность 45 кВт

Электродвигатель ИД-120 вращения бурового става СБШ-250, мощность 120 кВт изготовлен в корпусе двигателя постоянного тока ДПВ-52, мощностью 60 кВт.

Электродвигатель ИД-1,1. Мощность 1,1 кВт

Электродвигатель ИД-2000 привода гребного винта морского буксира мощность 2 МВт

Электродвигатель ИД-1250, мощность 1250 кВт (заказчик ОАО «Алросса»)

Индукторный тяговый электродвигатель

Первый этап применения индукторного тягового двигателя предусматривает его работу в классическом варианте, т.е. с применением редуктора. При внедрении второго варианта (без редуктора) индукторный двигатель располагается на оси колесной пары, обслуживание редуктора, кожухов, опорных подшипников – отпадает.

Рис. – Ротор и статор разрабатываемого индукторного тягового двигателя для горнорудной промышленности

Заявленная для разработки мощностью двигателя составляет 520 кВт.

Рис. – Внешний вид разрабатываемого индукторного тягового электродвигателя

Индукторный привод ИП-40

На железнодорожном транспорте, работающем на переменном однофазном напряжении, в качестве вспомогательных приводов (вентилятор обдува, компрессор, масляный насос и пр.)  используются асинхронные двигатели.

Существует два основных способа преобразования однофазного напряжения для питания 3-х фазных асинхронных двигателей. Первый – это преобразование однофазного напряжения в трехфазное, второй – использование искусственной, конденсаторной фазы.

Оба способа имеют недостатки в части качества питающего напряжения, которые негативно сказываются на работе асинхронных электрических машин.

Разработаны приводы для однофазной сети с номинальным напряжением 10 000 В, для тяговых агрегатов в горнорудной промышленности.

Индукторный привод вентиляторов обдува оборудования и индукторный привод компрессора с индукторным двигателем ИД-40.

Двигатель ИД-40 изготавливается с массогабаритными параметрами асинхронных двигателей типа НВА-55, АНЭ-225, АЭ-92 и их аналогов, применяемых на железнодорожном транспорте. В таблице предоставлены технические характеристики двигателей.

Таблица 1 – Параметры сети, блока управления и двигателя

ПараметрДвигатель ИД-40ВДвигатель ИД-40К
Привод вентилятора обдува и компрессора Привод компрессора
Параметры питающей сети блока управления: – напряжение, В – частота, Гц- количество фаз   400 501
Габариты блока управления не более, мм 600 х 300 х 250 750 х 400 х 400
Мощность блока управления, кВт 45 60
Степень защиты блока управления по ГОСТ 14254-96 IP52 IP52
Рабочий диапазон питающего напряжения блока управления, В 300…500 300…500
Номинальная частота вращения двигателя, об/мин 1500 3000
Необходимая мощность двигателя, кВт 40 53
Крутящий момент на валу двигателя, Н*м 254 168
Вращение вала двигателя. Реверсивное По часовой стрелке
Количество зубцов статора (катушек), шт. 18 18
Количество фаз 3 3
Количество катушек на фазу, шт. 6 (соединение последовательное) 6 (соединение последовательно-параллельное)
Количество выводных концов, шт. 6 6
Количество зубцов ротора, шт. 12 12
Режим работы по ГОСТ 183-74 S1 (продолжительный) S1 (продолжительный)
Способ пуска плавный плавный
Степень защиты по ГОСТ 17494-87 IP21 IP21
Способ монтажа по ГОСТ 2479-79 IM1001 IM1001

Рис. –  а) – индукторный двигатель ИД-40.  б) – силовой блок управления.

В целях экономии электроэнергии в блоках управления двигателем предусмотрена обратная связь в функции скорости вращения вала двигателя.

Датчиками, воздействия на обратную связь, предусмотрены контроль за температурой нагрева охлаждаемого объекта, за давлением в пневмосистеме. Тип применяемых датчиков согласовывается с Заказчиком.

В блоке управления предусмотрена клеммная коробка для подключения и передачи основных данных работы БУ и ИД-40 на пульт управления агрегатами.

Блок управления имеет защиты:

  1. От внутренних и внешних коротких замыканий;
  2. От перегрузки по току;
  3. Тепловую защиту;
  4. От обрыва фаз в ИД-40;
  5. От превышения максимальной частоты вращения;
  6. От заклинивания вала;
  7. От пониженного входного напряжения.

Компания “Аксиома Света” дата основания 2009 год. Электронная почта:

sales@axiomasveta.com 

Однофазные электродвигатели. Виды, принцип действия, схемы включения однофазных электродвигателей

Индукционный двигатель принцип работы

Зачастую основное внимание уделяется изучению трёхфазных электродвигателей, частично в связи с тем, что трёхфазные электродвигатели применяются чаще, чем однофазные. Однофазные электродвигатели имеют тот же принцип действия, что и трёхфазные электродвигатели, только с более низкими пусковыми моментами. Они подразделяются по типам в зависимости от способа пуска.

Стандартный однофазный статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу. Одна из них считается главной обмоткой, другая – вспомогательной, или пусковой. В соответствии с количеством полюсов каждая обмотка может делиться не несколько секций.

На рисунке приведен пример двухполюсной однофазной обмотки с четырьмя секциями в главной обмотке и двумя секциями во вспомогательной.

Следует помнить, что использование однофазного электродвигателя – это всегда, своего рода, компромисс. Конструкция того или иного двигателя зависит, прежде всего, от поставленной задачи.

Это значит, что все электродвигатели разрабатываются в соответствии с тем, что наиболее важно в каждом конкретном случае: например, КПД, вращающий момент, рабочий цикл и т.д.

Из-за пульсирующего поля однофазные электродвигатели CSIR и RSIR могут иметь более высокий уровень шума по сравнению с двухфазными электродвигателями PSC и CSCR, которые работают намного тише, так как в них используется пусковой конденсатор. Конденсатор, через который производится пуск электродвигателя, способствует его плавной работе.

Основные типы однофазных индукционных электродвигателей

Бытовая техника и приборы низкой мощности работают от однофазного переменного тока, кроме того, не везде может быть обеспечено трёхфазное электропитание.

Поэтому однофазные электродвигатели переменного тока получили широкое распространение, особенно в США.

Очень часто электродвигателям переменного тока отдают предпочтение, так как их отличает прочная конструкция, низкая стоимость, к тому же они не требуют технического обслуживания.

Как видно из названия, однофазный индукционный электродвигатель работает по принципу индукции; тот же принцип действует и для трёхфазных электродвигателей.

Однако между ними есть различия: однофазные электродвигатели, как правило, работают при переменном токе и напряжении 110 -240 В, поле статора этих двигателей не вращается.

Вместо этого каждый раз при скачке синусоидального напряжения от отрицательного к положительному меняются полюса.

В однофазных электродвигателях поле статора постоянно выравнивается в одном направлении, а полюса меняют своё положение один раз в каждом цикле. Это означает, что однофазный индукционный электродвигатель не может быть пущен самостоятельно.

Теоретически, однофазный электродвигатель можно было бы запустить при помощи механического вращения двигателя с последующим немедленным подключением питания. Однако на практике пуск всех электродвигателей осуществляется автоматически.

Выделяют четыре основных типа электродвигателей:

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор / работа через обмотку (индуктивность) (CSIR),

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор/работа через конденсатор (CSCR),

• индукционный двигатель с реостатным пуском (RSIR) и

• двигатель с постоянным разделением емкости (PSC).

На приведённом ниже рисунке показаны типичные кривые соотношения вращающий момент/частота вращения для четырёх основных типов однофазных электродвигателей переменного тока.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (CSIR)

Индукционные двигатели с пуском через конденсатор, которые также известны как электродвигатели CSIR, составляют самую большую группу однофазных электродвигателей.

Двигатели CSIR представлены несколькими типоразмерами: от самых маломощных до 1,1 кВт. В электродвигателях CSIR конденсатор последовательно соединён с пусковой обмоткой. Конденсатор вызывает некоторое отставание между током в пусковой обмотке и в главной обмотке.

Это способствует задержке намагничивания пусковой обмотки, что приводит к появлению вращающегося поля, которое влияет на возникновение вращающего момента.

После того как электродвигатель наберёт скорость и приблизится к рабочей частоте вращения, открывается пускатель. Далее электродвигатель будет работать в обычном для индукционного электродвигателя режиме.

Пускатель может быть центробежным или электронным.

Двигатели CSIR имеют относительно высокий пусковой момент, в диапазоне от 50 до 250 процентов от вращающего момента при полной нагрузке. Поэтому из всех однофазных электродвигателей эти двигатели лучше всего подходят для случаев, когда пусковые нагрузки велики, например для конвейеров, воздушных компрессоров и холодильных компрессоров.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/ работа через конденсатор (CSCR)

Этот тип двигателей, которые коротко называются «электродвигатели CSCR», сочетает в себе лучшие свойства индукционного двигателя с пуском через конденсатор и двигателя с постоянно подключённым конденсатором.

Несмотря на то, что из-за своей конструкции эти двигатели несколько дороже других однофазных электродвигателей, они остаются наилучшим вариантом для применения в сложных условиях.

Пусковой конденсатор электродвигателя CSCR последовательно соединён с пусковой обмоткой, как и в электродвигателе с пуском через конденсатор. Это обеспечивает высокий пусковой момент.

Электродвигатели CSCR также имеют сходство с двигателями с постоянным разделением емкости (PSC), так как у них пуск тоже осуществляется через конденсатор, который последовательно соединён с пусковой обмоткой, если пусковой конденсатор отключен от сети. Это означает, что двигатель справляется с максимальной нагрузкой или перегрузкой.

Электродвигатели CSCR могут использоваться для работы с низким током полной нагрузки и при более высоком КПД. Это даёт некоторые преимущества, в том числе обеспечивает работу двигателя с меньшими скачками температуры, в сравнении с другими подобными однофазными электродвигателями.

Электродвигатели CSCR – самые мощные однофазные электродвигатели, которые могут использоваться в сложных условиях, например, в насосах для перекачивания воды под высоким давлением и в вакуумных насосах, а также в других высокомоментных процессах. Выходная мощность таких электродвигателей лежит в диапазоне от 1,1 до 11 кВт.

Однофазный электродвигатель с пуском через сопротивление/работа через обмотку (индуктивность) (RSIR)

Данный тип двигателей ещё известен как “электродвигатели с расщеплённой фазой”. Они, как правило, дешевле однофазных электродвигателей других типов, используемых в промышленности, но у них также есть некоторые ограничения по производительности.

Пусковое устройство электродвигателей RSIR включает в себя две отдельные обмотки статора. Одна из них используется исключительно для пуска, диаметр проволоки данной обмотки меньше, а электрическое сопротивление – выше, чем у главных обмоток.

Это вызывает отставание вращающегося поля, что, в свою очередь, приводит в движение двигатель. Центробежный или электронный пускатель отсоединяет пусковую обмотку, когда частота вращения двигателя достигает, приблизительно, 75% от номинальной величины.

После этого электродвигатель продолжит работу в соответствии со стандартными принципами действия индукционного электродвигателя.

Как уже говорилось раньше, для электродвигателей RSIR есть некоторые ограничения. У них низкие пусковые моменты, часто в диапазоне от 50 до 150 процентов от номинальной нагрузки.

Кроме того, электродвигатель создаёт высокие пусковые токи, приблизительно от 700 до 1000% от номинального тока. В результате продолжительное время пуска будет вызывать перегрев и разрушение пусковой обмотки.

Это означает, что электродвигатели данного типа нельзя использовать там, где необходимы большие пусковые моменты.

Электродвигатели RSIR рассчитаны на узкий диапазон напряжения питания, что, естественно, ограничивает области их применения. Их максимальные вращающие моменты варьируются в пределах от 100 до 250% от расчетной величины.

Необходимо также отметить, что дополнительной трудностью является установка тепловой защиты, так как довольно сложно найти защитное устройство, которое срабатывало бы достаточно быстро, чтобы не допустить прогорания пусковой обмотки.

Электродвигатели RSIR подходят для использования в небольших приборах для рубки и перемалывания, вентиляторах, а также для применения в других областях, в которых допускается низкий пусковой момент и требуемая выходная мощность на валу от 0,06 кВт до 0,25 кВт.

Они не используются там, где должны быть высокие вращающие моменты или продолжительные циклы.

Однофазный электродвигатель с постоянным разделение емкости (PSC)

Как видно из названия, двигатели с постоянным разделением емкости (PSC) оснащены конденсатором, который во время работы постоянно включен и последовательно соединён с пусковой обмоткой.

Это значит, что эти двигатели не имеют пускателя или конденсатора, который используется только для пуска.

Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной обмоткой, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения.

Конструкция электродвигателей PSC такова, что они не могут обеспечить такой же пусковой момент, как электродвигатели с пусковыми конденсаторами.

Их пусковые моменты достаточно низкие: 30-90% от номинальной нагрузки, поэтому они не используются в системах с большой пусковой нагрузкой.

Это компенсируется за счёт низких пусковых токов – обычно меньше 200% от номинального тока нагрузки, – что делает их наиболее подходящими двигателями для областей применения с продолжительным рабочим циклом.

Двигатели с постоянным разделением емкости имеют ряд преимуществ. Рабочие параметры и частоту вращения таких двигателей можно подбирать в соответствии с поставленными задачами, к тому же они могут быть изготовлены для оптимального КПД и высокого коэффициента мощности при номинальной нагрузке.

Так как они не требуют специального устройства пуска, их можно легко реверсировать (изменить направление вращения на обратное). В дополнение ко всему вышесказанному, они являются самыми надёжными из всех однофазных электродвигателей.

Вот почему Grundfos использует однофазные электродвигатели PSC в стандартном исполнении для всех областей применения с мощностями до 2,2 кВт (2-полюсные) или 1,5 кВт (4-полюсные).

Двигатели с постоянным разделением емкости могут использоваться для выполнения целого ряда различных задач в зависимости от их конструкции. Типичным примером являются низкоинерционные нагрузки, например вентиляторы и насосы.

Двухпроводные однофазные электродвигатели

Двухпроводные однофазные электродвигатели имеют две главные обмотки, пусковую обмотку и рабочий конденсатор. Они широко используются в США с однофазными источниками питания: 1 ½ 115 В / 60 Гц или 1 ½ 230 В / 60 Гц. При правильном подключении данный тип электродвигателей можно использовать для обоих видов электропитания.

Ограничения однофазных электродвигателей

В отличие от трёхфазных для однофазных электродвигателей существуют некоторые ограничения. Однофазные электродвигатели ни в коем случае не должны работать в режиме холостого хода, так как при малых нагрузках они сильно нагреваются, также рекомендуется эксплуатировать двигатель при нагрузке меньшей 25% от полной нагрузки.

Электродвигатели PSC и CSCR имеют симметричное/ круговое вращающееся поле в одной точке приложения нагрузки; это значит, что во всех остальных точках приложения нагрузки вращающееся поле асимметричное/эллиптическое.

Когда электродвигатель работает с асимметричным вращающимся полем, сила тока в одной или обеих обмотках может превышать силу тока в сети.

Такие избыточные токи вызывают потери, в связи с этим одна или обе обмотки (что чаще происходит при полном отсутствии нагрузки) нагреваются, даже если ток в сети относительно небольшой. Смотрите примеры.

О напряжении в однофазных электродвигателях

Важно помнить о том, что напряжение на пусковой обмотке электродвигателя может быть выше сетевого напряжения питания электродвигателя. Это относится и к симметричному режиму работы. Смотрите пример.

Изменение напряжения питания

Нужно отметить, что однофазные электродвигатели обычно не используются для больших интервалов напряжения, в отличие от трёхфазных электродвигателей. В связи с этим может возникнуть потребность в двигателях, которые могут работать с другими видами напряжения.

Для этого необходимо внести некоторые конструкционные изменения, например, нужна дополнительная обмотка и конденсаторы различной ёмкости.

Теоретически, ёмкость конденсатора для различного сетевого напряжения (с одной и той же частотой) должна быть равна квадрату отношения напряжений:

Таким образом, в электродвигателе, рассчитанном на питание от сети в 230 В, используется конденсатор 25µФ/400 В, для модели электродвигателя на 115 В необходим конденсатор ёмкостью 100µФ с маркировкой более низкого напряжения – например 200 В.

Иногда выбирают конденсаторы меньшей ёмкости, например 60µФ. Они дешевле и занимают меньше места. В таких случаях обмотка должна подходить для определённого конденсатора. Нужно учитывать, что производительность электродвигателя при этом будет меньше, чем с конденсатором ёмкостью 100µФ – например, пусковой момент будет ниже.

Заключение

Однофазные электродвигатели работают по тому же принципу, что и трёхфазные. Однако у них более низкие пусковые моменты и значения напряжения питания (110-240В).

Однофазные электродвигатели не должны работать в режиме холостого хода, многие из них не должны эксплуатироваться при нагрузке меньше 25 % от максимальной, так как это вызывает повышение температуры внутри электродвигателя, что может привести к его поломке.

Трехфазный асинхронный двигатель

Индукционный двигатель принцип работы

Дмитрий Левкин

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

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле – это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

,

  • где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
  • f1 – частота переменного тока, Гц,
  • p – число пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

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

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)

Вращающееся магнитное поле Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По 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 будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Короткозамкнутый ротор “беличья клетка” наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться.

На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля.

Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.