что такое индукционный мотор

Принцип работы трёхфазного индукционного двигателя

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.

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.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

История

Усовершенствования асинхронного двигателя, вытекающие из этих изобретений и инноваций, были таковы, что асинхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил в настоящее время имеет те же установочные размеры, что и двигатель мощностью 7,5 лошадиных сил в 1897 году.

Принцип действия

3-х фазный двигатель

Для индуцирования токов ротора скорость физического ротора должна быть ниже, чем скорость вращающегося магнитного поля статора ( ); в противном случае магнитное поле не двигалось бы относительно проводников ротора и не возникло бы тока. Когда скорость ротора падает ниже синхронной скорости, скорость вращения магнитного поля в роторе увеличивается, вызывая больший ток в обмотках и создавая больший крутящий момент. Соотношение между скоростью вращения магнитного поля, индуцированного в роторе, и скоростью вращения вращающегося поля статора называется «скольжением». Под нагрузкой скорость падает, а скольжение увеличивается настолько, чтобы создать достаточный крутящий момент для поворота нагрузки. По этой причине асинхронные двигатели иногда называют «асинхронными двигателями». п s <\ displaystyle n_ >

Асинхронный двигатель можно использовать в качестве индукционного генератора или его можно развернуть, чтобы сформировать линейный асинхронный двигатель, который может непосредственно генерировать линейное движение. Генераторный режим для асинхронных двигателей усложняется необходимостью возбуждать ротор, который начинается только с остаточного намагничивания. В некоторых случаях этой остаточной намагниченности достаточно для самовозбуждения двигателя под нагрузкой. Следовательно, необходимо либо защелкнуть двигатель и на мгновение подключить его к сети, находящейся под напряжением, либо добавить конденсаторы, изначально заряженные остаточным магнетизмом и обеспечивающие требуемую реактивную мощность во время работы. Аналогичным образом работает асинхронный двигатель параллельно с синхронным двигателем, служащим компенсатором коэффициента мощности. Особенностью генераторного режима параллельно сети является то, что частота вращения ротора выше, чем в режиме движения. Затем в сеть передается активная энергия. Еще одним недостатком асинхронного двигателя-генератора является то, что он потребляет значительный ток намагничивания I ₀ = (20-35)%.

Синхронная скорость

На двух рисунках справа и слева над каждой из них изображена 2-полюсная 3-фазная машина, состоящая из трех пар полюсов, каждая из которых расположена на расстоянии 60 ° друг от друга.

Соскальзывать

Крутящий момент

Стандартный крутящий момент

Типичное соотношение скорости и момента стандартного многофазного асинхронного двигателя NEMA Design B показано на кривой справа. Двигатели конструкции B, подходящие для большинства низкопроизводительных нагрузок, таких как центробежные насосы и вентиляторы, ограничены следующими типичными диапазонами крутящего момента:

Запуск

Существует три основных типа малых асинхронных двигателей: однофазные с расщепленными полюсами, однофазные с расщепленными полюсами и многофазные.

В некоторых однофазных двигателях меньшего размера запуск осуществляется путем поворота медного провода вокруг части полюса; такой столб называется заштрихованным. Ток, индуцированный в этом витке, отстает от тока питания, создавая запаздывающее магнитное поле вокруг заштрихованной части лицевой стороны полюса. Это передает энергию вращательного поля, достаточную для запуска двигателя. Эти двигатели обычно используются в таких приложениях, как настольные вентиляторы и проигрыватели, поскольку требуемый пусковой крутящий момент низкий, а низкая эффективность является приемлемой по сравнению с более низкой стоимостью двигателя и метода запуска по сравнению с другими конструкциями двигателей переменного тока.

Однофазные двигатели большего размера являются двигателями с расщепленной фазой и имеют вторую обмотку статора, питаемую противофазным током; такие токи могут быть созданы, пропуская обмотку через конденсатор или получая разные значения индуктивности и сопротивления от основной обмотки. В конструкциях с конденсаторным пуском вторая обмотка отключается, когда двигатель набирает скорость, обычно либо центробежным переключателем, воздействующим на груз на валу двигателя, либо термистором, который нагревается и увеличивает его сопротивление, уменьшая ток через вторую обмотку. до незначительного уровня. В конденсаторной перспективе конструкции держать вторые обмотки, когда работает, улучшая крутящий момент. В схеме запуска с сопротивлением используется пускатель, включенный последовательно с обмоткой запуска, создавая реактивное сопротивление.

Самозапускающиеся многофазные асинхронные двигатели создают крутящий момент даже в состоянии покоя. Доступные методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором включают прямой пуск, пуск реактора пониженного напряжения или автотрансформатора, пуск звезда-треугольник или, все чаще, новые твердотельные программные сборки и, конечно же, частотно- регулируемые приводы (ЧРП). ).

Многофазные двигатели имеют стержни ротора, форма которых обеспечивает различные характеристики скорости-момента. Распределение тока в стержнях ротора меняется в зависимости от частоты индуцированного тока. В состоянии покоя ток ротора имеет ту же частоту, что и ток статора, и имеет тенденцию проходить через крайние части стержней ротора сепаратора (за счет скин-эффекта ). Различные формы стержней могут дать полезные различные характеристики скорости-момента, а также некоторый контроль над пусковым током при запуске.

Хотя многофазные двигатели по своей природе самозапускаются, их расчетные пределы пускового момента и пускового момента должны быть достаточно высокими, чтобы преодолевать фактические условия нагрузки.

В двигателях с фазным ротором соединение цепи ротора через контактные кольца с внешними сопротивлениями позволяет изменять характеристики скорости-момента для управления ускорением и контролем скорости.

Контроль скорости

Сопротивление

До развития полупроводниковой силовой электроники было трудно изменять частоту, и асинхронные двигатели с сепаратором в основном использовались в приложениях с фиксированной скоростью. В таких приложениях, как электрические мостовые краны, используются приводы постоянного тока или двигатели с фазным ротором (WRIM) с контактными кольцами для подключения цепи ротора к переменному внешнему сопротивлению, что позволяет регулировать скорость в значительном диапазоне. Однако потери в резисторах, связанные с низкоскоростной работой WRIM, являются основным недостатком стоимости, особенно для постоянных нагрузок. Приводы двигателей с большими токосъемными кольцами, называемые системами рекуперации энергии скольжения, некоторые из которых все еще используются, восстанавливают энергию из контура ротора, выпрямляют ее и возвращают в энергосистему с помощью частотно-регулируемого привода.

Каскад

Частотно-регулируемый привод

Преобразователи частоты реализуют скалярное или векторное управление асинхронным двигателем.

При скалярном управлении контролируются только величина и частота напряжения питания без контроля фазы (отсутствие обратной связи по положению ротора). Скалярное управление подходит для приложений, где нагрузка постоянна.

Векторное управление позволяет независимо управлять скоростью и крутящим моментом двигателя, что позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменении момента нагрузки. Но векторное управление дороже из-за стоимости датчика (не всегда) и необходимости более мощного контроллера.

Строительство

Статор асинхронного двигателя состоит из полюсов, по которым проходит ток питания, чтобы навести магнитное поле, пронизывающее ротор. Чтобы оптимизировать распределение магнитного поля, обмотки распределены в пазах вокруг статора, при этом магнитное поле имеет одинаковое количество северных и южных полюсов. Асинхронные двигатели чаще всего работают от однофазного или трехфазного питания, но существуют двухфазные двигатели; Теоретически асинхронные двигатели могут иметь любое количество фаз. Многие однофазные двигатели с двумя обмотками можно рассматривать как двухфазные, поскольку конденсатор используется для генерации второй фазы мощности под углом 90 ° от однофазного источника питания и подачи ее на вторую обмотку двигателя. Однофазные двигатели требуют некоторого механизма для создания вращающегося поля при запуске. В асинхронных двигателях, использующих обмотку ротора с короткозамкнутым ротором, стержни ротора могут быть слегка перекошены для сглаживания крутящего момента на каждом обороте.

Стандартизованные размеры корпуса двигателя NEMA и IEC во всей отрасли приводят к взаимозаменяемым размерам для вала, крепления на лапах, общих аспектов, а также некоторых аспектов фланца двигателя. Поскольку открытая конструкция двигателя с защитой от капель (ODP) допускает свободный воздухообмен снаружи к внутренним обмоткам статора, этот тип двигателя имеет тенденцию быть немного более эффективным, поскольку обмотки более холодные. При данной номинальной мощности для более низкой скорости требуется рама большего размера.

Реверс вращения

В однофазном двигателе с расщепленной фазой реверсирование достигается за счет изменения полярности подключения пусковой обмотки. Некоторые двигатели выводят соединения пусковой обмотки, чтобы можно было выбрать направление вращения при установке. Если пусковая обмотка постоянно подключена к двигателю, нецелесообразно менять направление вращения. Однофазные двигатели с расщепленными полюсами имеют фиксированное вращение, если не предусмотрен второй комплект экранирующих обмоток.

Фактор силы

Коэффициент мощности асинхронных двигателей изменяется в зависимости от нагрузки, обычно от 0,85 или 0,90 при полной нагрузке до примерно 0,20 без нагрузки из-за утечки статора и ротора и реактивных сопротивлений намагничивания. Коэффициент мощности можно улучшить, подключив конденсаторы либо к отдельному двигателю, либо, предпочтительно, к общей шине, охватывающей несколько двигателей. По экономическим и другим соображениям в энергосистемах коэффициент мощности редко корректируется до единичного коэффициента мощности. Применение силовых конденсаторов с гармоническими токами требует анализа энергосистемы, чтобы избежать гармонического резонанса между конденсаторами и реактивными сопротивлениями трансформатора и цепи. Для минимизации резонансного риска и упрощения анализа энергосистемы рекомендуется коррекция коэффициента мощности общей шины.

Эффективность

КПД двигателя при полной нагрузке составляет около 85–97%, соответствующие потери двигателя разбиваются примерно следующим образом:

Эквивалентная схема Штейнмеца

Многие полезные взаимосвязи двигателя между временем, током, напряжением, скоростью, коэффициентом мощности и крутящим моментом могут быть получены из анализа эквивалентной схемы Штейнмеца (также называемой Т-эквивалентной схемой или рекомендованной IEEE эквивалентной схемой), математической модели, используемой для описания того, как Входная электрическая мощность асинхронного двигателя преобразуется в полезную выходную механическую энергию. Эквивалентная схема представляет собой однофазное представление многофазного асинхронного двигателя, действующего в установившихся условиях сбалансированной нагрузки.

Эквивалентная схема Штейнмеца выражается просто через следующие компоненты:

Следующие практические приближения применимы к схеме:

Эквивалентный импеданс двигателя на входе

Z м знак равно р s + j Икс s + ( 1 s р р ′ + j Икс р ′ ) ( j Икс м ) 1 s р р ′ + j ( Икс р ′ + Икс м ) <\ displaystyle Z _ <\ text > = R _ <\ text > + jX _ <\ text > + <\ frac <\ left (<\ frac <1>> R _ <\ text > ‘+ jX_ ‘ \ right) (jX _ <\ text >)> <<\ frac <1>> R _ <\ text > ‘+ j \ left (X _ <\ text > ‘+ X _ <\ text > \ right)>>>

я s знак равно V s / Z м знак равно V s / ( р s + j Икс s + ( 1 s р р ′ + j Икс р ′ ) ( j Икс м ) 1 s р р ′ + j ( Икс р ′ + Икс м ) ) <\ displaystyle I _ <\ text > = V _ <\ text > / Z _ <\ text > = V _ <\ text > / \ left (R _ <\ text > + jX _ <\ text > + <\ frac <\ left (<\ frac <1>> R _ <\ text > ‘+ jX _ <\ text >’ \ right) ( jX _ <\ text >)> <<\ frac <1>> R _ <\ text > ‘+ j \ left (X _ <\ text >’ + X_ \ верно-верно)>

Ток ротора относительно стороны статора с точки зрения тока статора

я р ′ знак равно j Икс м 1 s р р ′ + j ( Икс р ′ + Икс м ) я s <\ displaystyle I _ <\ text > ‘= <\ frac > <<\ frac <1>> R _ <\ text >’ + j \ left (X _ <\ текст > ‘+ X _ <\ text > \ right)>> I _ <\ text >>

Из эквивалентной схемы Штейнмеца имеем

То есть мощность воздушного зазора равна выходной электромеханической мощности плюс потери в меди в роторе.

Выражение электромеханической выходной мощности через скорость ротора

п Эм знак равно 3 р р ′ я р ′ 2 п р s п s <\ displaystyle P _ <\ text > = <\ frac <3R _ <\ text > ‘I _ <\ text > ^ <\ prime 2>n _ <\ text >> >>>> (Вт) п Эм знак равно 3 р р ′ я р ′ 2 п р 746 s п s <\ displaystyle P _ <\ text > = <\ frac <3R _ <\ text > ‘I _ <\ text > ^ <\ prime 2>n _ <\ text >> <746 \; sn _ <\ text >>>> (л.с.)

Выражаясь в фут-фунтах: Т Эм <\ displaystyle T _ <\ text >>

п Эм знак равно Т Эм п р 5252 <\ displaystyle P _ <\ text > = <\ frac> n _ <\ text >> <5252>>> (л.с.)

Линейный асинхронный двигатель

Источник