Новости

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка

03.01.2016

Асинхронні ел. двигуни найпоширеніші ел. двигуни у всьому світі. Простота їх конструкції, і низька вартість цілком може характеризувати «коротиші» самим позитивним чином. Принцип дії цих двигунів можна розглядати тільки в контексті з їх конструкцією, тому давайте розглянемо основні вузли і, природно, відповідну термінологію.

Асинхронні електричні двигуни змінного струму з короткозамкненим ротором складаються з двох основних вузлів: статора і ротора.

Ротор це та частина двигуна, що обертається усередині статора. З конструктивної точки зору ротор – тіло обертання, що означає симетрію відносно осі обертання. Ротор, в принципі. дуже простий і цілком надійний. Виглядає він як звичайна циліндрична болванка з стирчать кінцями валу, але це тільки здається, що ротор простий. Виготовляється він із різних матеріалів і з досить точними розмірами.

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
В роторі є обмотка, але побачити її не представляється можливим так, як ця обмотка виконується досить незвичайним чином. Обмотку заливають у пази ротора розплавленим алюмінієм. Іноді її виконують з мідних стрижнів, які забивають у пази і приварюють по обох кінцях до мідних кілець. У результаті, виходить, що обмотка в роторі короткозамкнутая і виглядає вона як «біляча клітка».

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
Такі обмотки досить масивні і тому механічно міцні. Якщо ел. двигун буде працювати в штатному режимі або при короткочасних перевантаженнях, то така обмотка практично вічна. Звідси і висока надійність всього асинхронного ел. двигуна з к. з. ротором.

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
Тепер подивимося на сердечник ротора. Він не виготовляється з однорідного шматка металу, а набирається з окремих пластин із спеціальної електротехнічної сталі. Товщина кожного аркуша може бути від 0,25 до 0,5 мм Кожна пластина в сердечнику ротора виготовляється штампуванням. Пластини мають форму кола. По зовнішньому радіусу вирубують пази певної форми.

Сердечник ротора виходить не однорідним. Але навіщо така складність у виготовленні? Ясна річ, шихтувати сердечник з окремих пластин доводиться не для забави. Справа в тому, що при змінному струмі магнітний потік, який проходить по сердечникові теж змінний. При цьому в кожній пластині наводяться вихрові струми, які виділяються у вигляді тепла. Вихрові струми паразитні так, як нагрівання осердя, власне, нам не потрібен. Завдання будь-якого ел. двигуна — перетворювати електричну енергію в механічну. Нагрівання — це втрати ел. енергії і зниження ККД машини.

Як показує практика, чим товще пластини, тим вище втрати. Причому, товщина пропорційна квадрату втрат. Якщо виконати сердечник з цільного металу, то двигун перетвориться в грубку. З іншого боку, зменшувати товщину окремих пластин теж можна до нескінченності так, як потрібно механічна міцність. При обертанні 3000 об/хв виникає досить високе навантаження, і сердечник може, просто, розірвати відцентровою силою.

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
На відміну від ротора, статор нерухома частина ел. двигуна. Однак сердечник статора теж виконується з окремих штампованих пластин. Пластина статора нагадує більше кільце з пазами по внутрішньому радіусу. У пази укладається обмотка, яка підключається до мережі змінного струму.

Статор і ротор — основні і обов’язкові складові асинхронного ел. двигуна, але, звичайно, в двигуні обов’язково присутні і підшипникові вузли. В різних виконаннях в конструкцію ел. двигуна може входити ще багато деталей, такі як барно, вентилятор примусової вентиляції з кожухом або без і т. д. тим не менш, принцип дії асинхронного ел. двигуна змінного струму к. з. ротором від таких особливостей не залежить.

Принцип дії «коротишів» визначає статор і ротор з обмоткою, теж з обмоткою. Якщо коротко і примітивно пояснювати, як працює асинхронний ел. двигун, то можна обійтися кількома пропозиціями. При подачі змінної напруги на обмотку статора в статорі утворюється обертове магнітне поле, яке захоплює за собою ротор. Ротор трохи відстає по швидкості обертання поля статора, тому ці двигуни називаються асинхронними.

Погодьтеся, що таке пояснення не дає повної картини процесів, що відбуваються в двигуні. Звичайно, нас цікавить, наприклад, пуск двигуна, холостий хід, робочий режим, межі навантаження. Будь-який пристрій вимагає до себе більш пильної уваги і більш глибокого знання частковостей, так як виникнення якихось неполадок (особливо їх усунення) може поставити дилетанта в глухий кут. До того ж, не завадило б знати саму просту побутову необхідність: «А чи правильно працює пристрій, або його потрібно терміново вимкнути?»

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
Тепер давайте розглянемо принцип дії асинхронного ел. двигуна змінного струму к. з. ротором більш пильно. В трифазній системі живильної мережі обмотки статора створюють обертове магнітне поле. У початковий момент, коли ротор нерухомий, магнітний потік статора перетинає провідники обмотки ротора. Як відомо, при перетині магнітних ліній з витком в останньому наводиться ЕРС. Так як обмотка ротора замкнута, то у неї виникне струм. Цей струм, взаємодіючи з магнітним полем, створює обертаючий момент, під впливом якого ротор прийде в обертання. Напрям обертання ротора буде співпадати з напрямком обертання поля статора.

Що далі? Частота обертання ротора буде зростати, але не до нескінченності. Гранична частота обертання частота обертання обертового поля статора. Однак ротор не може обертатися синхронно з полем статора, так як при синхронному обертанні магнітне поле статора не буде перетинати провідники ротора, а це означає, що струм ротора, в такому випадку, буде відсутня. Отже, частота обертання ротора, в будь-якому випадку, буде дещо менше частоти обертання поля статора. Ця різниця називається ковзанням.

Якщо до валу ел. двигуна докласти яку-небудь навантаження (негативний момент), то величина ковзання збільшиться, і момент двигуна зросте. Насправді, коли немає ніякого навантаження, тобто двигун знаходиться в режимі холостого ходу, все-таки невеликий гальмівний момент існує від тертя в підшипниках. Однак, величина ковзання на холостому ходу близька до нуля.

Асинхронні двигуни, Статті з електротехніки , Каталог статей, Електромеханіка
Що ж, тепер давайте подивимося як ел. двигун буде себе вести в разі збільшення навантажувального моменту. Спочатку це буде майже пряма лінія. Збільшення навантаження веде до збільшення ковзання і, зрозуміло, незначно падає швидкість, але стрімко зростає момент. Але от біда (і це великий мінус асинхронних ел. двигунів) далі відбувається жахливе. Досягши критичної точки, відбувається різке падіння частоти обертання ротора до повної зупинки, різко збільшується струм в обмотці статора і ротора.

Таким чином, асинхронний ел. двигун змінного струму к. з. ротором стає не працездатним при збільшенні навантажувального моменту вище певної критичної точки. Номінальний момент існує тільки при незначному зменшенні частоти обертання. Враховуючи цю обставину, експлуатувати такі ел. двигуни можна тільки з точно розрахованої навантаженням і заздалегідь підбирати ел. двигун певної потужності і з певною частотою обертання. Найменша перевантаження неприпустима. Механізм може зупинитися, ніби ел. двигун відключили від мережі.

Є ще один мінус. Асинхронні ел. двигуни мають фіксовану частоту обертання, залежить від частоти напруги змінного напруги і числа пар полюсів обмотки статора. Плавно регулювати частоту обертання ротора не виходить.

Якщо врахувати, що в мережі змінної напруги частота дорівнює 50 Гц, то фактично, частота обертання магнітного поля ел. двигуна змінного струму буде залежати тільки від кількості пар полюсів.

? — кутова швидкість поля статора;

n – частота обертання поля.

В результаті маємо формулу для розрахунку синхронної частоти обертання:

з якої видно, що фіксовані синхронні частоти будуть:

p=1. n=3000 об/хв,

p =2, n =1500 об/хв,

p =3, n =1000 об/хв,

p =4, n =750 про/хв,

p =5, n =600 об/хв, і т. д.

Короткий опис статті: двигуни

Джерело: Асинхронні двигуни — Статті з електротехніки — Каталог статей — Електромеханіка

Також ви можете прочитати