Бесплатная техническая библиотека

Электродвигатели. Асинхронные двигатели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Асинхронными двигателями называются электрические машины, имеющие по крайней мере две обмотки, в которых переменные напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга.

Принцип действия

В асинхронных системах появляется возможность создать в механически неподвижном устройстве вращающееся магнитное поле. Катушка, подключенная к источнику переменного тока, образует пульсирующее магнитное поле, т. е. магнитное поле, изменяющееся по значению и направлению.

Рис. 16.6. Подключение катушек двигателя к источнику трехфазного напряжения

Рис. 16.7. График изменения токов трехфазной системы

В цилиндре с внутренним диаметром D размещают на поверхности три катушки, пространственно смещенные относительно друг друга на 120°. Катушки подключены к источнику трехфазного напряжения (рис, 16.6). На рис. 16.7 показан график изменения мгновенных токов, образующих трехфазную систему.

Каждая из катушек создает пульсирующее магнитное поле. Магнитные поля катушек, взаимодействуя друг с другом, образуют результирующее вращающееся магнитное поле, характеризующееся вектором результирующей магнитной индукции .

На рис. 16.8 изображены векторы магнитной индукции каждой фазы и результирующий вектор , построенные для трех моментов времени t₁, t₂, t₃. Положительные направления осей катушек обозначены +1, +2, +3.

В момент t = t₁ ток и магнитная индукция в катушке А-Х положительны и максимальны, в катушках B-Y и C-Z - одинаковы и отрицательны. Вектор результирующей магнитной индукции равен геометрической сумме векторов магнитных индукций катушек и совпадает с осью катушки А-Х. В момент t = t₂ токи в катушках А-Х и C-Z одинаковы по величине и противоположны по направлению. Ток в фазе В равен нулю. Результирующий вектор магнитной индукции повернулся по часовой стрелке на 30°.

Рис. 16.8. Векторы магнитной индукции для трех моментов времени

В момент t = t₃ токи в катушках А-Х и B-Y одинаковы по величине и положительны, ток в фазе C-Z максимален и отрицателен, вектор результирующего магнитного поля размещается в отрицательном направлении оси катушки C-Z. За период переменного тока вектор результирующего магнитного поля повернется на 360°. Линейная скорость перемещения вектора магнитной индукции

где - частота переменного напряжения; Т - период синусоидального тока; пг - частота вращения магнитного поля или синхронная частота вращения. За период Т магнитное поле перемещается на расстояние где

- полюсное деление или расстояние между полюсами магнитного

поля по длине окружности цилиндра диаметром D.

Линейная скорость откуда

где n₁ - синхронная частота вращения многополюсного магнитного поля с числом пар полюсов Р.

Катушки, изображенные на рис. 16.6, создают двухполюсное магнитное поле, с числом полюсов 2Р = 2. Частота вращения поля равна 3000 об/мин. Чтобы получить четырехполюсное магнитное поле, необходимо внутри цилиндра диаметром D поместить шесть катушек, по две на каждую фазу. Тогда, согласно формуле (16.7), магнитное поле будет вращаться в два раза медленнее, с n₁ = 1500 об/мин.

Чтобы получить вращающееся магнитное поле, необходимо выполнить два условия:

• Условие 1 - иметь хотя бы две пространственно смещенные катушки.
• Условие 2 - подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.

Конструкция

Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, именуемую статором, и вращающуюся часть, называемую ротором. В статоре размещена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле. Различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. В пазах ротора с короткозамкнутой обмоткой размещены алюминиевые или медные стержни. По торцам стержни замкнуты алюминиевыми или медными кольцами. Статор и ротор набирают из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз соединены в общий узел, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. На кольца накладывают неподвижные контактные щетки. К щеткам подключают пусковой реостат. После пуска двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля.

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя рассмотрим на модели, изображенной на рис. 16.9.

Вращающееся магнитное поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося с синхронной частотой вращения щ. В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке. Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки. Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 16.9.

Рис. 16.9. Модель асинхронного двигателя

Пользуясь правилом левой руки, найдем направление электромагнитных сил, действующих на ротор и заставляющих его вращаться. Ротор двигателя будет вращаться с частотой вращения n₁ в направлении вращения поля статора. Ротор вращается асинхронно, т. е. частота его вращения n₂ меньше частоты вращения поля статора w. Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением:

Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.

Вращающий электромагнитный момент уравновешивается противодействующим тормозным моментом С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого возрастают индуктированные в роторной обмотке ЭДС и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.

Если скольжение заторможенного двигателя равно единице, то говорят, что двигатель работает в режиме короткого замыкания. Частота вращения ненагруженного асинхронного двигателя n₂ приблизительно равна синхронной частоте n₁.

Если скольжение ненагруженного двигателя S = 0, то говорят, что двигатель работает в режиме холостого хода.

Скольжение асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, изменяется от нуля до единицы. Асинхронная машина может работать в режиме генератора. Для этого ее ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n₂ > n₁. Скольжение асинхронного генератора S < 0.

Асинхронная машина может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо ее ротор вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора. В этом режиме S > 1.

Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя. Частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f₁ и числом пар полюсов статора.

При частоте f₁ = 50 Гц существует следующий ряд частот вращения (Р - n₁, об/мин):

1 - 3000;

2 - 1500;

3 -1000;

4 - 750.

Из формулы (16.7) получим

Скорость поля статора относительно ротора называется скоростью скольжения

Частота тока и ЭДС в роторной обмотке

Асинхронная машина с заторможенным ротором работает как трансформатор. Основной магнитный поток индуктирует в статорной и в неподвижной роторной обмотках ЭДС Е₁ и Е_2K:

где Ф_m - максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со статорной и роторной обмотками; W₁ и W₂ - числа витков статорной и роторной обмоток; - частота напряжения в сети; К₀₁ и К₀₂ - обмоточные коэффициенты статорной и роторной обмоток.

Чтобы получить более благоприятное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки. Этот факт учитывается введением в формулы, определяющие величины электродвижущих сил обмоток, обмоточных коэффициентов. Величины обмоточных коэффициентов несколько меньше единицы. ЭДС в обмотке вращающегося ротора

Ток ротора работающей машины

где R₂ - активное сопротивление роторной обмотки; х₂ - индуктивное сопротивление роторной обмотки,

, где x_2K - индуктивное сопротивление заторможенного ротора. Тогда

Однофазный двигатель имеет одну обмотку, расположенную на статоре. Однофазная обмотка, питаемая переменным током, создаст пульсирующее магнитное поле. Поместим в это поле ротор с короткозамкнутой обмоткой. Ротор вращаться не будет. Если раскрутить ротор сторонней механической силой в любую сторону, двигатель будет устойчиво работать. Объяснить это можно следующим образом.

Пульсирующее магнитное поле можно заменить двумя магнитными полями, вращающимися в противоположных направлениях с синхронной частотой п1 и имеющими амплитуды магнитных потоков, равные половине амплитуды магнитного потока пульсирующего поля. Одно из магнитных полей называется прямовращающимся, другое - обратновращающимся. Каждое из магнитных полей индуктирует в роторной обмотке вихревые токи. При взаимодействии вихревых токов с магнитными полями образуются вращающие моменты, направленные встречно друг другу. На рис. 16.10 изображены зависимости момента от прямого поля М', момента от обратного поля М" и результирующего момента М в функции скольжения М = М' - М".

Рис. 16.10. Зависимость момента прямого поля, обратного поля и результирующего момента от скольжения

Оси скольжений направлены встречно друг другу. В пусковом режиме на ротор действуют вращающие моменты, одинаковые по величине и противоположные по направлению. Раскрутим ротор сторонней силой в направлении прямовращающегося магнитного поля. Появится избыточный (результирующий) вращающий момент, разгоняющий ротор до скорости, близкой к синхронной. При этом скольжение двигателя относительно прямовращающегося магнитного поля

Скольжение двигателя относительно обратновращающегося магнитного поля

Рассматривая результирующую характеристику, можно сделать следующие выводы.

Вывод 1. Однофазный двигатель не имеет пускового момента. Он будет вращаться в ту сторону, в которую раскручен внешней силой.

Вывод 2. Из-за тормозного действия обратновращающегося поля характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного.

Для создания пускового момента однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой, пространственно смещенной относительно основной, рабочей обмотки на 90°. Пусковая обмотка подключается к сети через фазосдвигающие элементы: конденсатор или активное сопротивление.

На рис, 16.11 показана схема включения обмоток двигателя, где Р - рабочая обмотка, П - пусковая обмотка. Емкость фазосдвигающего элемента С подбирают таким образом, чтобы токи в рабочей и пусковой обмотках различались по фазе на 90°. Трехфазный асинхронный двигатель может работать от однофазной сети, если подключить его обмотки по следующим схемам (рис. 16.12).

В схеме, изображенной на рис. 16.12, а статорные обмотки соединены звездой, а в схеме на рис. 16.12, б - треугольником. Величина емкости С ~ 60 мкФ на 1 кВт мощности.

Рис. 16.11. Схема включения обмоток однофазного двигателя

Рис. 16.12. Схемы включения обмоток трехфазного двигателя на одну фазу: а - первый вариант; б - второй вариант

Автор: Корякин-Черняк С.Л.

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Водородный грузовик Mercedes-Benz GenH2 Truck 24.09.2020 Грузовое подразделение марки Mercedes-Benz представило концептуальный грузовик GenH2, оснащенный электромоторами на топливных элементах. В качестве источника энергии выступает сжиженный водород, который хранится на борту тягача. Топливные элементы для грузовиков будут разрабатывать совместно концерны Daimler Truck из Германии и Volvo Group из Швеции. Авторы проекта намерены использовать сжиженный водород, потому что в этом состоянии энергоноситель имеет гораздо более высокую плотность энергии по сравнению с объемом, чем газообразный водород. Такое решение позволит уменьшить объем и массу топливных баков. Mercedes-Benz GenH2 Truck получил два 40-литровых бака для жидкого водорода, которые обеспечат запас хода до 1000 км без дозаправки. Система топливных элементов обеспечит суммарную мощность 300 кВт энергии, а дополнительные 70 кВт будут храниться в аккумуляторе - этот резерв поможет грузовику на ускорении или при движении в городу с полной нагрузкой. Пиковая мощность составит 400 кВт, но доступны они будут ограниченный период времени. Серийный грузовик сможет пополнять запас энергии в аккумуляторах за счет рекуперации энергии на торможениях или сохранять избыток энергии от топливных элементов. Водородный грузовик оснастят парой электромоторов. Постоянная мощность каждого электродвигателя составляет 312 л.с., но временно увеличивать отдачу моторов можно до 449 л.с. Серийный вариант Mercedes-Benz GenH2 Truck будет иметь полную массу 40 тонн с учетом грузоподъемности 25 тонн, что сопоставимо с показателями серийного Mercedes-Benz Actros с двигателями внутреннего сгорания.

Другие интересные новости:

▪ Новый чипсет для аудиоусилителей класса D

▪ Сверхпрочное стекло LionGlass

▪ Морской закон под сомнением

▪ Жизнь по минимуму

▪ Нанопровода на графене растут сами

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудио и видеонаблюдение. Подборка статей

▪ статья Автомобильная покрышка для летнего душа. Советы домашнему мастеру

▪ статья Нападают ли крокодилы на человека? Подробный ответ

▪ статья Предмет охраны труда. Основные понятия охраны труда

▪ статья Регулятор яркости освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Конфеты из сачка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026