Асинхронный двигатель принцип работы и устройство

Асинхронный двигатель: для чего нужен, принцип работы, конструкция

Асинхронный двигатель – это простое и надежное устройство, способное электрическую энергию преобразовать в механическую. Его изобрел инженер Доливо-Добровольский в конце 19 века. Интерес разработчиков различного оборудования и аппаратуры к этому устройству постоянно возрастает, поэтому в статье мы рассмотрим не только, что такое асинхронный двигатель, но и как он работает, из чего состоит и какими достоинствами обладает.

Асинхронный двигатель: конструкция

Конструкция устройства достаточно проста. Основные части асинхронного двигателя следующие:

• Статор, имеющий форму цилиндра. Он собирается из листов стали. В его сердечнике есть пазы, смещенные друг к дружке на 120°. В них укладывается обмотка.
• Ротор. Бывает короткозамкнутым или фазным. В первом случае ротором служит сердечник, в котором стержни из алюминия закорочены торцевыми уплотнителями. Фазный ротор состоит из 3-х фазной обмотки. Устройство с фазным ротором всегда трехфазное, а с короткозамкнутым ротором выделяют 3 вида асинхронных двигателей – одно-, двух- и трехфазные.
• Конструктивные элементы. Это детали, которые в конструкции асинхронного двигателя отвечают за выполнение вращательных, охлаждающих и защитных функций.

Схематическое изображение конструкции асинхронного двигателя можно найти в сети Интернет.

Что значит асинхронный двигатель и его принцип действия

Асинхронный – это тот, у которого в работе отсутствует синхронность, у которого при старте статическая и подвижная части при вращении имеют разную частоту магнитного потока. Этот показатель у подвижного элемента меньше, чем у неподвижного.

Рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя на примере: достаточно взять постоянный магнит и начать его вращать вокруг своей оси на небольшом расстоянии от диска из меди. Очень скоро диск начинает вращение, следуя за магнитом. Такое поведение диска объясняется тем, что из-за вращающегося вблизи магнита в нем появляются токи Фуко, которые двигаются по замкнутому контуру. Это токи короткого замыкания, нагревающие металлическую конструкцию. В диске возникает собственный магнитный поток, который начинает взаимодействовать с полем магнита.

В асинхронном электромоторе источником вращающего поля выступают обмотки статора. Под действием образованного обмотками магнитного потока в проводниках вращающегося элемента формируется электродвижущая сила. Когда магнитный поток статора начинает взаимодействовать с индуцируемым током в обмотке вращающейся части, появляется электромагнитная сила. Она и начинает вращать вал электродвигателя.

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель, представим происходящие в нем действия пошагово:

1. Двигатель запускается, и магнитный поток неподвижной части пересекает контур вращающегося элемента, формируя электродвижущую силу.
2. В короткозамкнутом роторе образуется переменный ток.
3. Под действием магнитных потоков неподвижной и вращающейся части образуется крутящий момент.
4. Вращающийся элемент стремится к полю неподвижной части.
5. В определенный момент у неподвижной и вращающейся части двигателя совпадает частота вращения магнитного потока, тогда крутящий момент равен 0, что приводит к затуханию электромагнитных проявлений во вращающемся элементе двигателя.
6. Контур ротора начинает отставать, магнитный поток статора начинает его возбуждать.

Медлительность ротора в сравнении с магнитным полем статора и обеспечивает несинхронную работу электродвигателя.

Формирование тока в роторе происходит бесконтактно, поэтому не нужно устанавливать в устройстве скользящие контакты. Эта особенность электродвигателя делает его более эффективным и надежным. Изменить направление вращения мотора можно, поменяв фазы на клеммах одной из обмоток. Направление электромагнитной силы можно определить по «правилу буравчика».

Достоинства устройства

Главными достоинствами асинхронных двигателей является простота их конструкции и легкость использования.Также устройство характеризует:

• Надежность и долговечность. Из-за бесконтактного взаимодействия между основными деталями устройства оно редко ломается и не изнашивается;
• Доступная цена. Простая конструкция и недорогое сырье для производства электродвигателей обеспечивает низкую стоимость оборудования;
• Простой принцип использования. Для работы с асинхронным двигателем не нужно обладать специальными навыками.
• Универсальность. Электродвигатель асинхронного типа устанавливается практически в любое оборудование.

Эти преимущества объясняют широкое применение асинхронных двигателей во всех отраслях промышленности и сферах человеческой жизни.

Подпишитесь на рассылку новостей:

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.

Принцип работы на примере асинхронного электродвигателя трехфазного тока

Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.

Вместе с изменением частоты напряжения на обмотке статора, изменяется и магнитный поток. Фазы и магнитные потоки смещены относительно друг друга на сто двадцать градусов. Суммарный магнитный поток и будет вращающимся магнитным потоком, создающим электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС, в замкнутой электроцепи обмотки ротора, индуцирует электроток. Во взаимодействии с магнитным потоком статора, ток создает пусковой момент электрического двигателя. Ротор начинает вращение в таком же направлении, что и магнитное поле статора при превышении пусковым моментом двигателя его тормозного момента.

Преимущества и недостатки асинхронных электродвигателей

Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:

• Сравнительно невысокая цена;
• Надёжность
• Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.

Асинхронные электродвигатели имеют и ряд недостатков:

• Трудности с точным регулированием скорости;
• Большой пусковой ток;
• Относительно невысокий коэффициент мощности.

По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:

• Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
• Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.

Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).

Асинхронный электродвигатель: принцип работы и устройство

Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

Устройство асинхронного электродвигателя

В его конструкцию входят следующие элементы:

• Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
• Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
• Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

Пошагово процесс выглядит следующим образом:

1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

• Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
• Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
• Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
• Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Асинхронный двигатель: устройство, принцип работы и схемы подключения

Асинхронные двигатели – гениальное изобретение, которое используется для превращения электричества в механическую энергию. Прибор питается от сети переменного тока. Устройство широко используется в промышленности в силу низкой стоимости, простоты и надёжности. Однако монтаж и ремонт электродвигателя имеет свою специфику.

Устройство асинхронного электродвигателя

• крышка вводного устройства клеммной коробки;
• блок распределения начал обмоток;
• роторный вал;
• статор;
• корпус с рёбрами охлаждения;
• фронтальная крышка корпуса;
• опора кожуха;
• заводская табличка с техническими характеристиками электродвигателя;
• задняя крышка корпуса;
• вентилятор для дополнительного обдува (есть не у всех моделей).

Конструкция и функция статора

Статор – это стационарный узел устройства асинхронного двигателя, который устанавливается в корпусе. Основой статора является сердечник. Цилиндрическая деталь изготавливается из металлических полос. Материалом выступает электротехническая сталь. Внутри сердечника расположены покрытые изоляцией пазы, куда особым образом укладываются медные проводники. На медные жилы нанесён специальный изолирующий лак. Допустимо использование алюминиевого провода.

Кабели расположены относительно друг друга под углом 120 градусов. Концы обмоточного провода могут соединяться звездой или треугольником в зависимости от величины подаваемого напряжения. Характеристики электродвигателя зависят от сечения проводника, числа катушек.

Ротор двигателя асинхронного типа

Ротор выступает подвижной частью оборудования. Вал – основной элемент устройства. Он отвечает за вращение. На противоположных концах установлены подшипники для центровки и движения ротора внутри неподвижной части прибора.

На вал монтируется сердечник, состоящий из металлических листов, изолированных друг от друга оксидным покрытием или диэлектриком. В пазы сердечника укладываются проводники из алюминия или меди. Углубления сердечника служат для прокладки проводников, которые замыкаются с поперечных граней контурами, выполненными из того же металла. Провода собраны в замкнутую обмотку по типу «беличье колесо».

Между ротором и статором предусмотрено воздушное пространство. При нормальной работе двигателя эти элементы не соприкасаются. Металлическая бирка от завода-изготовителя содержит информацию о названии двигателя, типе устройства, числе рабочих фаз, количестве оборотов в минуту, величине тока. Эти данные помогут рассчитать ёмкость.

Принцип работы электродвигателя

Из трёхфазной переменной сети на провода обмотки статора поступает электрический ток. Напряжение на катушках создаёт в каждом проводнике вращающееся электромагнитное поле, сила которого меняется при перемене напряжения. Расположение проводящих жил под углом 120 градусов сдвигает потоки магнитного поля в окружающем пространстве на одну треть. Совокупное поле становится вращающимся.

• При частоте в 50 Гц переменный ток меняется в оба направления от нуля до полного напряжения пятьдесят раз за одну секунду.
• При переменном токе меняется полярность, что приводит к вращению роторного узла. Направление движения определяется магнитным полем. Асинхронный электродвигатель может функционировать только при переменном токе.

При этом магнитный поток, созданный в воздушном пространстве между статором и ротором, заставляет последний вращаться.

Основные виды асинхронных электрических двигателей

В различных производственных сферах чаще всего используются одно- и трёхфазные асинхронные электрические агрегаты.

Однофазные двигатели

Оснащены единственной рабочей обмоткой, на которую поступает электрический ток переменной величины. Для запуска устройства предусмотрена дополнительная обмотка, которая создаёт начальный сдвиг фаз. Вспомогательные витки провода подключаются к источнику электропитания посредством индуктивности или с помощью конденсатора.

Сердечник однофазного электродвигателя выполнен из круглых стальных листов. Для обмотки предусмотрены специальные пазы с лопастями для вентиляции. Конструкция ротора в упрощённом виде – это колесо с закреплённой осью движения. Однофазные машины нашли применение в бытовых приборах, обладающих малой мощностью.

Трёхфазные двигатели с короткозамкнутым контуром

На статоре имеются три рабочие обмотки. Расположение витков фазы под углом 120 градусов вызывает аналогичное смещение магнитных полей. При подключении электродвигателя к источнику питания создаются вращающиеся по кругу магнитные потоки. В результате ротор приходит в движение.

Соединение обмоточных проводов статора выполняется по типу «треугольник» или «звезда». Для первой схемы требуется меньшее напряжение.

Трёхфазные машины с короткозамкнутым контуром служат для приведения в действия подъёмных кранов, производственных станков, циркулярных пил, лебёдок.

Трёхфазные устройства с фазным ротором

По конструкции статора двигатели похожи на вышеупомянутые модели. Пластинчатый магнитопровод собран из стальных пластин Ш-образной формы. Пазы заполняются обмотками. Жилы собраны по типу «звезда». На валу ротора предусмотрены три контактных кольца, куда выводятся концы проводников. Кольца и вал не контактируют, отделены друг от друга электрической изоляцией.

Устройство приводится в действие через реостаты или напрямую. Электродвигатели с фазным ротором дорогие, но отличаются высокой мощностью и большим пусковым моментом. Такое оборудование устанавливаются на пищевых производствах, текстильных фабриках, в металлургии, полиграфии.

Условия для подключения электродвигателя

Для длительной и бесперебойной работы необходимо, чтобы ток и напряжение в каждой фазе сети питания были стабильны. Разрыв даже одной жилы заканчивается существенной потерей мощности. Если нагрузка на вал превышена более чем на половину, оборудование перестаёт функционировать. Запустить двигатель с двумя рабочими фазами из трёх можно лишь при поддержании малой угловой скорости и без нагрузки. Чтобы ротор набрал необходимые обороты, потребляется ток в 4 раза превышающий номинальное значение.

В рабочем режиме задействованы обыкновенные автоматические выключатели. Для успешного запуска соединение обеспечивается с помощью мощного магнитного пускателя.

В некоторых ситуациях допускается питание трёхфазного устройства через бытовую электросеть с одной фазой. Однако такая схема приводит к падению мощности. Подключение через однофазную сеть выполняется при необходимости промышленного привода в жилых или офисных помещениях. Нормальная работа двигателя обеспечивается за счёт особой схемы подключения, учитывающей падение мощности.

Различные схемы подключения асинхронных двигателей

Как подключить электродвигатель? Обмотка трёхфазной машины может соединяться по схеме «звезда» или «треугольник». Знание особенностей подключения избавит от ошибок в работе двигателя.

Схема подключения типа «Звезда»

Концы проводов соединяются в единую точку (нейтраль). Выводы обмотки одинаковые. В клеммной коробке фазы нужно закоротить железными пластинами в общую точку.

По такой схеме выполняется соединение выводов обмоток на промышленном трёхфазном оборудовании. Компания-производитель часто заранее выполняет соединение жил в статоре по схеме «звезда», если двигатели предназначены для производственных целей. На корпус устройства выходят три клеммы вместо шести. При такой конструкции достаточно подключить трёхфазное питание. Три провода на асинхронной машине свидетельствуют о соединении обмотки по варианту «звезда».

Преимущества использования данного типа подключения:

• кожух устройства не перегревается;
• двигатель работает непрерывно, длительно, стабильно;
• благодаря экономии мощности, обеспечивается надёжность и долговечность оборудования;
• запуск электропривода максимально плавный.

Схема подключения типа «Треугольник»

Жилы обмоток соединяются последовательно – конец первого обмоточного провода подсоединяется к началу второго. Конец второго витка подключается к началу третьего. Конец третьей обмотки соединяется с началом первой. Получается замкнутый неразрывный контур.

Трёхфазное напряжение проходит через точки соединения. На каждой намотке проводников создаётся линейное напряжение величиной 380 или 220 В. Вариант соединения «треугольником» оправдан при работе с мощным оборудованием и высокой нагрузке запуска.

Преимущества использования данного типа подключения:

• обеспечивается большая сила тяги;
• мощность электрических устройств повышается до максимального значения;
• вращающий момент увеличивается;
• допустимо применение пускового реостата.

Среди возможных недостатков можно отметить перегрев двигателя при длительной эксплуатации и наличие повышенного тока запуска.

Как проверить правильную работу двигателя перед запуском?

Перед запуском асинхронной машины следует проверить её исправность. Необходимо выполнить следующие действия.

1. Осмотреть внешний вид электродвигателя на наличие вмятин и сколов. Следует провернуть вал асинхронного устройства. Он должен плавно вращаться в обоих направлениях. Так проверяется работоспособность подшипников, на которых крепится ротор электродвигателя. Если эта механическая деталь двигается с помехами, причины могут быть разные: изношены подшипники, повреждены посадочные поверхности под подшипники, ротор трётся об статор. Для выяснения точной причины необходимо разобрать устройство. Если внутренности механизма в порядке, переходим к следующему пункту.
2. Проверить состояние обмотки асинхронного устройства. Понадобится мультиметр, с помощью которого следует измерить сопротивление обмоточного провода. При подключении по типу «звезда» необходимо измерить сопротивление между зажимными приспособлениями, через которые проходит электрический ток. Измерение выполняется в три этапа. На всех трёх участках должна быть одна и та же величина сопротивления. Расхождение в несколько Ом допустимо. Такая проверка показывает, нет ли разрывов в обмотке электродвигателя.
3. Окончательная проверка – прозвон обмоток на землю. Обмоточные провода в том или ином варианте соединены между собой, поэтому прикасаемся одним щупом к любому витку, а второй ставим на кожух электродвигателя. Переключатель измерительного устройства устанавливаем на измерение с обозначением МОм.

Теоретически величина сопротивления должна быть бесконечной. На практике цифры на дисплее покажут от 100 МОм и более. Малое сопротивление (1-10 Ом) указывает, что одна из обмоток асинхронного устройства звонит на землю, чего при исправном состоянии оборудования не должно быть. При величине сопротивления менее 1 МОм следует определить неисправность и отремонтировать электродвигатель. Чаще всего причина кроется в попадании грязи, воды под корпус устройства. Возможен пробой изоляционного материала медного провода. В такой ситуации необходимо полностью разобрать асинхронный механизм и определить причину поломки.

Описанная процедура выявления возможных неисправностей применима к двигателям, подключённым по схеме «звезда» и «треугольник».

Компания «Вивателснаб» реализует асинхронные двигатели АИР для применения в сферах строительства, ЖКХ, энергетике, обрабатывающей и добывающей отраслях. Диапазон мощностей – от 0,12 до 315 кВт. Двигатели работают от электросети с напряжением до 660 Вт и частотой переменного тока 50 Гц. Благодаря высокой степени защиты, электродвигатели АИР в пыльных и влажных помещениях.

При возникновении вопросов по техническим характеристикам и заказу продукции, звоните по телефону +375 (29) 520-06-65. Опытные консультанты нашей компании всегда дадут дельный совет.