Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое в двигателе беличье колесо

Что такое в двигателе беличье колесо

Асинхронный двигатель изобретен в 1889 г. выдающимся русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским. Благодаря простоте конструкции и эксплуатации асинхронный двигатель стал основой современного электропривода.

В основу принципа действия асинхронных двигателей положено явление Араго, демонстрируемое следующим образом. Под горизонтально подвешенным на нити медным или алюминиевым диском помещают вращающийся подковообразный магнит, при этом диск приходит во вращение в ту же сторону, что и магнит. Тот же диск будет вращаться и в случае, если его расположить во вращающемся магнитном поле, создаваемом, например, тремя катушками, включенными в трехфазную сеть.

Вращение диска в описанных опытах объясняется так. Вращающееся магнитное поле, создаваемое механическим вращением постоянного магнита или токами трехфазной системы в катушках, индуцирует в теле диска вихревые токи. Последние взаимодействуют с вращающимся магнитным полем и в соответствии с законом Ленца начинают приводить диск во вращение. По мере увеличения скорости диска относительная скорость диска и поля уменьшается, уменьшаются индукционные токи в диске и электромагнитные силы. За счет механического трения диск начнет приостанавливаться, однако возрастающая при этом относительная скорость диска и поля приводит к увеличению индукционных токов и электромагнитных сил, и диск станет снова «подталкиваться» и т. д. В конечном счете наступит равновесие между электромагнитным и тормозным моментами, при котором диск будет вращаться с некоторой постоянной скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля, т. е. асинхронно.

Явление асинхронного вращения диска из немагнитного металла во вращающемся магнитном поле положено в основу устройства асинхронных двигателей.

Основными частями асинхронного двигателя являются (рис. 5-1): статор 1 с рабочей обмоткой, ротор 2 с лопастями вентилятора 3 и два подшипниковых щита 4 с вентиляционными отверстиями.

Сердечник статора собирают из листов электротехнической стали. В специальных пазах, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности статора, укладывают рабочие обмотки двигателя. Для включения обмоток звездой и треугольником у обмоток выведены все шесть концов. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, с обмоткой в виде «|беличьего колеса», которое можно рассматривать как многофазную обмотку (рис. 5-2) Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой короткозамкнутый виток.

Вращение ротора можно объяснить следующим образом. Если «беличье колесо», способное вращаться вокруг оси, поместить во вращающееся магнитное поле, то под действием ЭДС, возникающих в стержнях, в короткозамкнутых витках появятся токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Получается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, так как стержни «беличьего колеса», выполняющие роль рабочей обмотки ротора, замкнуты накоротко через соединительные кольца. Однако из-за большого рассеяния магнитного потока внутри статора (в воздухе) действующее на ротор усилие со стороны вращающегося поля было бы невелико, поэтому «беличье колесо» располагают на поверхности стального цилиндра. Последний собирают из отдельных листов электротехнической стали.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Конструктивные особенности и области применения

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из двух основных элементов: статора (представляет собой неподвижную, внешнюю часть электродвигателя) и ротора (подвижная, расположенная внутри статора часть электрической машины). Каждый из этих элементов состоит, в свою очередь, из сердечника и обмотки. Обмотку статора, которую подключают к сети, можно считать первичной, а обмотку ротора — вторичной.

Сердечник статора собирается из совокупности листов, изготовленных из электротехнической стали и покрытых специальным лаком. Так уменьшаются потери на вихревые токи. В открытых пазах сердечника укладываются трехфазные обмотки, расположенные симметрично под углом 120 градусов.

Читать еще:  Двигатели каких автомобилей более надежны

Ротор представляет собой вал, опирающийся на подшипники, на котором укреплены сердечник и обмотки. Сердечник ротора также выполнен из набора штампованных листов. Обмотка ротора изготовлена из медных или алюминиевых стержней (размещенных в пазах его сердечника), концы которых соединены накоротко с кольцами. Это и есть короткозамкнутая роторная обмотка, внешний вид которой напоминает беличье колесо (рис. 1).

Принцип работы двигателя данного типа состоит в следующем. После подачи напряжения на обмотку статора появляется магнитный поток. Он изменяется с частотой, равной частоте используемого переменного тока. Из-за сдвига потоков в обмотках по времени и в пространстве результирующее поле получается вращающимся. Оно индуцирует ЭДС в проводниках ротора. В результате чего возникают токи, которые взаимодействуют с этим полем. Их взаимодействие создает пусковой момент. Ротор начинает вращаться в направлении вращающегося поля, но с другой частотой. Величину, характеризующуюся относительную разность этих частот, называют скольжением.

Трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель получил наибольшее распространение среди машин подобного типа благодаря своим качествам и конструктивным особенностям:

  • простоте конструкции;
  • высокой надежности и долговечности;
  • отсутствию подвижных контактов;
  • низкой стоимости и универсальности.

Вместе с тем асинхронный двигатель с короткозамкнутым контуром имеет и существенные недостатки:

  • ток, возникающий при пуске, по своему значению превышает номинальный почти в 5–7 раз, что приводит к значительному снижению напряжения в сети;
  • затруднено регулирование числа оборотов ротора;
  • сравнительно небольшой пусковой момент.

Асинхронные электродвигатели бывают различного технологического и конструктивного исполнения. В частности, электродвигатели АИР являются унифицированными для общепромышленных целей. Электродвигатель асинхронный трехфазный АИР имеет разные модификации. АИР представляет собой электродвигатель асинхронный трехфазный, характеристики которого аналогичны параметрам двигателей типа 5АМ, 5АИ, АМУ, 7АИ. Его устанавливают на вентиляторах, насосах, компрессорах и других электромеханических установках.

Асинхронный электродвигатель

Асинхронный электродвигатель наиболее распространённый преобразователь электричества в механическую энергию, которую можно использовать практически во всех производственных процессах. В асинхронном электродвигателе используются также само, как и в двигателях на постоянный ток, электромагниты на каждой фазе. Выполнено это достаточно просто, за счёт прокладки в специальных пазах шихтованного железа токопроводящих проводников. Причём заложенный в одном пазу проводник будет заходить в следующий паз по кругу через пять пазов, а далее токопроводник будет возвращаться на два паза назад.

Таким образом, одним токопроводником выполнено на одной фазе круговые электромагниты, заложенные в специальные пазы. Такие электромагниты изготавливаются на каждой фазе и закладываются в железо статора, по прямым пазам зачастую изолированных от железа, при помощи электрокартона и пропитанного шерлаком или бакелитовым лаком.

Ротор асинхронного электродвигателя выполнен по принципу беличьего колеса, которое состоит из пазов в шихтованном металле, в которых расположены токопроводники закороченные с одной стороны и выведенные на коллектор — для асинхронного двигателя с фазным ротором.

Но наиболее часто применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, в этом двигателе ротор состоит также само из изолированных от железа токопроводных пазов, но которые закорочены с двух сторон ротора. При запуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором остаточное намагничивание железа ротора позволяет создать в короткозамкнутых токопроводящих проводниках электрический ток. Который, взаимодействуя и усиливаясь с магнитным полем, созданным трёхфазными электромагнитами в обмотке статора приводят к разгону электродвигателя на номинальные обороты. Для более щадящего режима запуска и работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»беличье колесо»токопроводящей обмотки ротора немного сдвигается от прямолинейных линий.

Асинхронный двигатель с фазным ротором зачастую использовался в электродвигателях, которые устанавливались на оборудовании где затяжной пуск или необходимо регулировать обороты и момент на валу. Для того чтобы регулировать обороты и момент на валу в цепь фазного ротора через коллектор и щётки подсоединялись активные сопротивления. Что позволяло регулировать обороты и мощность при помощи их подключения или отключения в нужный режим. Также данные сопротивления в цепи ротора использовались для динамического торможения, которые широко востребованы в мощных крановых установках. В настоящее время данный вид двигателей используется крайне редко, так как они достаточно громоздкие и при этом требуют специализированного обслуживания за счёт наличия в них перехода коллектор — щётки.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя газ 2705

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором используются повсеместно. Наряду с основным преимуществом, связанным с дешевизной и надёжностью в данных двигателях до недавнего времени был основной недостаток — это отсутствие регулировки мощности и оборотов. То есть данные двигатели работали на номинальных оборотах постоянно и способны были выдавать на вал номинальную мощность. Если на валу двигателя практически нет механической нагрузки, он работает в режиме холостого хода и потребляет электроэнергии не на много меньше, чем при работе на номинальной нагрузке.

Следует также отметить, что при большой нагрузке на валу, которая значительно выше номинальной мощности выдаваемой двигателем, значение скольжения возрастает, что может привести к тому и приводило, что двигатель выходит с режима синхронизации. Так что при выборе любого электрооборудования независимо от того электродвигатель это или коммутационное, осветительное или защитное, необходимо всегда закладывать в его мощность небольшой запас по мощности.

В настоящее время асинхронные электродвигатели получили возможность использоваться в качестве регулируемых по оборотам и мощности на валу источников механической энергии. Осуществляется это за счёт применения частотных преобразователей, выполненных с применением современных силовых транзисторов. Для того чтобы регулировать обороты и самое главное мощность с изменением потребляемой мощности от сети, частотные преобразователи имеют возможность изменять номинальное напряжение и частоту сети в достаточно широких диапазонах. Что позволяет без потери электричества поступающего из сети регулировать обороты и мощность на валу электродвигателя за счёт программного изменения выходного напряжения с соответствующей частотой с частотного преобразователя.

Короткозамкнутый и фазный ротор — в чем различие

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: виток с током в магнитном поле. Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

Читать еще:  Двигатель avb какое масло лить

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.

Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Другие статьи про асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на Электрик Инфо:

Фазный ротор

Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется промышленный частотный преобразователь.

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector