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:

Превышение границ ядерного синтеза 19.01.2026

Разработка технологий термоядерного синтеза считается одной из самых амбициозных задач современной физики. Создание стабильной плазмы высокой плотности позволяет приблизиться к источнику практически неограниченной и чистой энергии. Китайские ученые сделали значительный шаг в этом направлении, превысив ранее считавшиеся недостижимыми границы плотности плазмы в экспериментальном токамаке EAST. Команда из Института физики Академии наук Китая в Хэфее, работающая над программой Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), представила свою разработку "искусственное солнце". Показана плотность плазмы, которая превышает эмпирические пределы, наблюдавшиеся в предыдущих экспериментах. Ядерный синтез возникает, когда два атомных ядра сливаются в одно более тяжелое, выделяя огромные количества энергии. Для этого топливо необходимо разогреть до сверхплотной плазмы с температурой порядка 150 миллионов кельвинов. Главной проблемой является сильное отталкивание одинаково заряженных ядер ...>>

Игровые наушники HyperX 19.01.2026

Современные технологии меняют не только сами игры, но и способы взаимодействия с ними. На выставке были представлены новые игровые наушники, разработанные компаниями HyperX и Neurable, которые отслеживают мозговую активность игрока и помогают улучшать концентрацию и результаты во время игрового процесса. Гарнитура оснащена встроенными датчиками, считывающими сигналы мозга. Эти датчики полностью интегрированы в наушники, поэтому для использования не требуется отдельный шлем или дополнительное оборудование. Внешне устройство выглядит как обычная игровая гарнитура, что делает его привычным и удобным для геймеров. Во время игры система анализирует уровень внимания и усталости, определяя, насколько игрок сосредоточен или переутомлен. Все данные выводятся в режиме реального времени, предоставляя пользователю обратную связь о собственном состоянии. Важно отметить, что наушники не управляют игрой мыслями. Их задача - информировать игрока о концентрации и давать подсказки, которые помо ...>>

Роботизированные кроссовки Sidekick 18.01.2026

Американский стартап Dephy представил инновационные кроссовки Sidekick с электроприводом, которые работают как дополнительная икроножная мышца, помогая пользователю быстрее перемещаться и меньше уставать. Sidekick представляет собой сочетание обуви и мини-экзоскелета, встроенного в область косточки. За счет электропривода кроссовки поддерживают движение стопы и усиливают сокращение икроножных мышц, снижая нагрузку на ноги. Это позволяет ходить дольше и с меньшей усталостью, особенно при длительных прогулках или активной работе на ногах. В отличие от многих носимых устройств, для работы Sidekick не требуется установка приложений или индивидуальная калибровка. Кроссовки автоматически подстраиваются под шаг и особенности движения владельца, обеспечивая комфорт и простоту использования с первого надевания. Комплект включает в себя сам экзоскелет на косточку и пару кроссовок, доступных в белом и черном цвете. Устройство питается от аккумуляторов, что делает его автономным и готовым ...>>

Случайная новость из Архива 3D-принтер AnkerMake M5 10.04.2022 Компания Anker известная в качестве производителя зарядных устройств, занялась изготовлением 3D-принтеров. Компания анонсировала отдельный бренд для продуктов 3D-печати AnkerMake и первую модель 3D-принтера AnkerMake M5. Как заявляет производитель, данная новинка решает наиболее важные проблемы, которые не позволяли 3D-принтерам стать массовыми устройствами, включая их обычно низкую скорость печати. AnkerMake M5 имеет базовую скорость печати 250 мм/с при работе над детальными проектами, требующими точной обработки. Однако принтер также имеет гораздо более скоростной режим, позволяющий печатать со скоростью до 2500 мм/с. Хотя в таком случае конечный результат будет более грубым и менее детализированным. Этот режим в основном подходит для прототипов и некоторых игрушек. Тем не менее Anker заявляет, что такой режим позволяет M5 сократить среднее время печати до 70% по сравнению с другими 3D-принтерами. Дополнительно AnkerMake M5 разработан с прицелом на легкость эксплуатации. Подготовка к началу печати требует всего 15 минут. Кроме того, разработчики устранили еще один проблемный аспект 3D-принтеров - потребность в постоянном контроле. В M5 доступна возможность контроля задания на печать с помощью встроенной камеры с искусственным интеллектом. Если она обнаружит какие-либо проблемы, например, засорение сопла, система может отправить предупреждение на смартфон пользователя. А через мобильное приложение Anker можно удаленно просматривать прямые трансляции заданий на печать.

Другие интересные новости:

▪ Искусственный интеллект поищет внеземную жизнь

▪ Рекорд скорости передвижения с помощью магнитной левитации

▪ Искусственные креветки

▪ ИС драйвер для автомобильных систем электронного управления дроссельной заслонкой

▪ Возвращение Одиссея домой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей

▪ статья Летающая лодка. Советы моделисту

▪ статья Почему на кошках и собаках живут блохи? Подробный ответ

▪ статья Электромонтажник по силовым сетям и электрооборудованию. Должностная инструкция

▪ статья Эмалевая замазка. Простые рецепты и советы

▪ статья Сломанный карандаш. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026