Устройство асинхронного двигателя АД Электрикам

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым и фазным ротором устройство и принцип действия

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска 1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления 2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется 3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени 4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации 5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора 1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент 2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток 3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов
Читайте также:  Бла бла кар Горняк – Рубцовск поездки официально

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Устройство однофазного асинхронного двигателя

Наибольшее применение однофазные асинхронные электродвигатели нашли в быту и малом бизнесе. Их применение необходимо в тех областях, где нет трехфазной электрической сети. Многие компании выпускаются однофазные электродвигатели мощностью до 2 кВт и выше. Применение однофазных двигателей большей мощности ограничено мощностью бытовой сети и проблемами запуска однофазного двигателя.

Приемлемое, на сегодняшний день, решение таких проблем возможно при использовании однофазного частотного преобразователя. Но применение преобразователя частоты будет оправдано в том случае, когда необходимо регулировать частоту вращения электродвигателя. Кроме того, однофазные частотные преобразователи обычно выпускаются до мощности 2,2кВт, что в свою очередь тоже является ограничением. В таком случае приходится использовать однофазный асинхронный двигатель. Внешний вид однофазных асинхронных двигателей различных фирм производителей показан на рисунках.

Устройство однофазного асинхронного двигателя показано на рисунке

Как видно из рисунка, основное отличие однофазного двигателя от трехфазного, является наличие в нем центробежного переключателя. Центробежный переключатель подключает пусковую обмотку двигателя перед пуском и отключает после окончания пуск, при достижении двигателя номинальных оборотов. Центробежный переключатель состоит из специальной стальной пружины и калиброванных грузиков, которыми настраивается момент отключения пусковой обмотки. Вся конструкция собрана в надежном корпусе. Быстрая работа переключателя уменьшает искрение и износ контактов и продлевает надежную работу устройства.

Центробежный переключатель

Другой элемент, которого нет в трехфазном асинхронном двигателе, но который есть в однофазном это рабочий и пусковой конденсатор.

Пусковой конденсатор

Конденсатор может быть установлен и вне двигателя, например, вместе с пускозащитной аппаратурой.

Корпус

Корпус электродвигателей изготовлен из высококачественного из алюминиевого сплава или чугуна марки. В корпусе сделаны боковые отверстия для циркуляции воздуха. Возможна работа однофазного двигатель и в горизонтальном и в вертикальном положении.

Статор двигателя

Статор однофазного двигателя изготавливается из ламината качественной электротехнической стали с термохимической обработкой, что снижает магнитные потери и рабочую температуру двигателя. Сердечник статора, набирается из штампованных листов электротехнической стали. В пазы сердечника укладывается статорная обмотка. Изоляция пазов статора, изоляция обмоточного провода, пропиточный состав и другие изоляционные детали статора образуют систему изоляции.

Читайте также:  Электрическая схема китайского скутера - скачать бесплатно - СКУТЕРЫ И МОТОЦИКЛЫ

Обмотки

Статорная обмотка наматывается круглым эмалированным проводом и пропитана в нагревостойком электроизоляционном лаке. Обмоточный провод как стандарт покрыт лаком класса Н. После укладки вся обмотка повторно пропитывается специальным полиэстерным составом. Такая технология обеспечивает высокую электрическую и механическую надежность обмоток и долгий срок службы. Обмотка статора мотается как две обмотки главная(рабочая) (U1 и U2) и вспомогательная (пусковая) (Z1 и Z2). Главная обмотка подключается непосредственно к сети, вспомогательная обмотка также подключается к сети, но через рабочий конденсатор.

Ротор

Сердечник ротора однофазного двигателя изготовлен из ламината качественной стали с термической и химической обработкой. Его напрессовывают на вал. Обмотка ротора имеет название «Беличья клетка» или «Беличье колесо»- короткозамкнутая отливается из чистого алюминия . что обеспечивает низкий момент инерции и повышение К П Д.

Вал

Вал однофазного двигателя изготавливают из углеродистой стали. Такая сталь имеет высокую механическую прочность, и предотвращает прогиб вала под нагрузкой, что уменьшает его износ. По отдельному заказу вал однофазного двигателя можно изготовить из нержавеющей стали.

Подшипниковые щиты

Подшипниковые щиты отливаются из алюминиевого сплава или чугуна с армирующей стальной втулкой под посадку подшипника. Их площадь поверхности увеличина для лучшего охлаждения подшипников. Обычно в переднем подшипниковом щите устанавливается невинтовая пружина, предназначенная для осевого поджатия подшипника.

Подшипниковые узлы

Обычно в однофазных двигателях применяются шариковые подшипники, но в двигателях большими высотами оси вращения по отдельному заказу можно применять роликовые подшипники, которые допускают в 2 раза большие радиальные нагрузки. В однофазных двигателях с высотой оси вращения до 180 мм в подшипники закладывается смазка на весь гарантийный срок службы (не менее 20 тыс. часов). В подшипниковые узлы однофазных двигателей с осями вращения более 200 мм необходимо регулярно производить полную или частичную смену отработанной смазки. График смены смазки можно найти в инструкции по эксплуатации двигателя. Типы и размеры применяемых в двигателях подшипников указаны в каталогах. В них же можно найти величины предельно допустимых радиальных и осевых нагрузок рабочего конца вала

.

Подшипники

Импортные однофазные двигатели снабжаются подшипниками высокого качества, от лучших всемирных брендов. Это обеспечивает длительный срок службы в тяжёлых условиях работы. В качестве смазки используется высококачественная смазка Super-premium Polyrex ЕМ. Эта смазка обеспечивает надежную работу подшипников и низкий уровень шума. В двигателях отечественных производителей используются более дешевые подшипники 76-180205Ш2У (6205 2RS P63.QE6) с постоянно заложенной смазкой на весь срок службы.

Вентилятор

Вентилятор однофазного двигателя изготавливают из пластмассы. Его устанавливают на вал ротора а сверху защищая кожухом. Вентиляторы служат для обеспечения эффективного охлаждения двигателя. Новые компьютерные программы моделирования асинхронных двигателей позволяют разрабатывать вентилятор и его крышку для работы с минимальным уровнем шума. Обдув осуществляется внешним вентилятором, закрытым направляющим кожухом. Двигатели производятся с симметричной радиальной, либо с комбинированной системой вентиляции. В двигателях с симметричной радиальной вентиляцией в станине предусмотрены отверстия для выхода воздуха. Изнутри станины отлиты выступы с каналами для протока воздуха в аксиальном направлении. Вентилятор, отлитый вместе с короткозамыкающими кольцами ротора прогоняется воздух через двигатель. Для циркуляции воздуха внутри двигателя используются диффузоры, смонтированные в двух подшипниковых щитах.

Обдув однофазного двигателя с комбинированной вентиляцией производится центробежным вентилятором, установленным на валу двигателя со стороны, противоположной приводу. Вентилятор обдувает ребристую поверхность станины и вентиляционными лопатками ротора всасывающими воздух через нижнюю часть отверстий в подшипниковых щитах. Воздух омывает лобовые части обмотки и выбрасывается через верхнюю часть отверстий в щитах.

Клемная коробка

Клемная коробка однофазного двигателя изготовливают из алюминиевого сплава или чугуна. В коробке предусмотрено одно или два резьбовых отверстия для сальников, через которые проходят присоединительные кабеля. Конструкция клемной коробки позволяет монтировать коробку с шагом 90°. При заказе двигателя необходимо уточнять верхнее или боковое расположение клемной коробки.

Лапы

В зависимости от способа крепления двигатели подразделяются на фланцевые и со способом крепления на лапах. Существуют универсальные двигатели с лапами и фланцем. Существуют конструкции со съемными лапами позволяющие изменять способ монтажа.

Уплотнения

Для защиты однофазного двигателя от агрессивных условий окружающей среды в электродвигателях применяются V-образные манжеты и манжеты с пружиной. Система уплотнения состоит из трех компонентов (лабиринтное уплотнение с V-образной манжетой и О-образная манжета). Такая конструкция гарантируют защиту подшипников против агрессивных жидких и твердых веществ.

Читайте также:  Как заменить водительские права в МФЦ - пошаговая инструкция

Двигатель мостового крана

Для того чтобы приводить механизм мостовых кранов в действие на них устанавливают электродвигатели. Наиболее часто на мостовые кран балки устанавливают асинхронные трехфазные электродвигатели.

По типу исполнения обмотки ротора асинхронный двигатель может быть с фазовым или короткозамкнутым ротором.

  1. Строение трехфазного асинхронного электродвигателя
  2. Особенности строения статора
  3. Особенности строения ротора
  4. Принцип действия электродвигателя

Строение трехфазного асинхронного электродвигателя

Как и все двигатели, асинхронный электродвигатель кран балки имеет вращающийся статор и неподвижный ротор.

Особенности строения статора

Корпус статора производят по технологии литья. Внутри корпуса устанавливают сердечник, который состоит из листов электротехнической стали. Для набора сердечника используют листы стали, толщина которых варьируется от 0,3 до 0,5 мм. Статорная обмотка представляет собой три независимых обмотки, которые укладываются в специальные пазы на внутренней поверхности сердечника.

Каждая обмотка и является одной из фаз двигателя, следовательно, раз их три, то и двигатель называется трехфазным. Для изготовления обмоток используют изолированный медный провод, имеющий квадратное или круглое сечение. При укладке провода сдвигают на 120 градусов относительно друг друга. Начальные и концевые зажимы каждой обмотки соответственно маркируют С1, С2, С3, С4, С5 и С6.

Зажимы обмоток оснащены специальными перемычками, при помощи которых можно варьировать соединение фаз, что дает возможность подключать электродвигатель как к сети с напряжением 220В, так и к сети 380 В. Напряжения, на работу с которыми рассчитан электродвигатель, указывается в его паспорте.

Следовательно, если в паспорте указано напряжение 380/220В, то это значит, что при соответствующем соединении зажимов обмоток (звездой для 380 В и треугольником для 220 В) двигатель может работать от электросетей с напряжением 380 и 220 В.

Особенности строения ротора

Ротор для асинхронного двигателя мостового крана может быть фазовым или короткозамкнутым. Его сердечник также состоит из изолированных листов тонкостенной электротехнической стали. Ротор крепится на вращающийся вал, опирающийся на подшипники. При помощи подшипниковых щитов вал, з закрепленном на нем роторе, болтовым соединением крепится к станине статора.

Для короткозамкнутого ротора обмотку изготавливают с использованием алюминиевых, медных или латунных стержней, которые по торцам сердечника соединяют при помощи соединительных колец, изготовленных из того же материала, что и обмотка. Таким образом, получают обмотку ротора, которая называется «беличья клетка», то есть является короткозамкнутой.

Если ротор выполнен фазовым, то и его обмотка состоит из трех независимых обмоток, которые укладываются под углом 120 градусов относительно друг друга и называются фазами ротора. Фазовая обмотка ротора может быть соединена только звездой и подключена к пускорегулировочному или пусковому резистору.

Пусковой резистор подключается к ротору для того, чтобы можно было ограничить силу пускового тока. Такой резистор обладает активным сопротивлением, что позволяет создать значительный пусковой момент.

Принцип действия электродвигателя

Действие асинхронного электродвигателя, имеющего три фазы, основано на взаимодействии проводника и вращающегося магнитного поля. Магнитное поле создается обмоткой статора, а обмотка ротора является проводником, помещенным в магнитное поле. Вращающийся момент двигателя уменьшается при увеличении частоты вращения ротора и, соответственно, наоборот, когда частота вращения ротора уменьшается, вращающий момент двигателя увеличивается.

Что касается числа пар полюсов магнитного поля, то оно определяется количеством обмоток каждой из фаз статора, к примеру, если фазы статора состоят из двух обмоток, то и число пар полюсов будет равно двум.

При короткозамкнутом роторе частота вращения двигателя регулируется либо изменением числа пар полюсов статора, либо при помощи изменения частоты тока. Для того чтобы изменить частоту питающего тока используют специальные преобразователи или источники переменного тока. Если регулировка частоты осуществляется путем изменения пар полюсов статора, то его фазы укладывают таким образом, чтобы каждая имела несколько обмоток с различным числом пар полюсов. Из-за сложности регулировки частоты короткозамкнутые двигатели на мостовых кранах практически не используются.

Асинхронные двигатели, имеющие фазовый ротор – это двигатели, которые чаще всего используются для электропривода мостовых кранов, так как изменение частоты вращение достигается наиболее простым путем – введением в цепь ротора резистора.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector