Устройство асинхронной машины — ключевой элемент электропривода — принцип работы, преимущества и особенности

Асинхронная машина, или электродвигатель переменного тока, является одним из наиболее широко используемых типов электродвигателей в промышленности. Ее принцип работы основан на взаимодействии между статором и ротором. Статор представляет собой обмотку, намотанную на сердечник, а ротор имеет форму замкнутых поверхностей, и смещается под воздействием переменного потокосцепления.

Однако, у двигателей с асинхронным ротором есть свои особенности. Например, они имеют некоторую пульсацию потока и пульсацию крутящего момента на определенной частоте. Это может привести к необходимости использования дополнительных электрических элементов, таких как реле или фазное управление, для лучшего контроля двигателя и управления нагрузкой.

Принцип работы асинхронной машины

Основной принцип работы асинхронной машины основан на вращении ротора внутри статора под действием электромагнитных полей. В случае трехфазной асинхронной машины, наиболее распространенной, имеются две основные части — статор и ротор. Статор обычно представляет собой контроллер с обмоткой, соединенной в треугольник или звезду. Ротор состоит из обмотки и является внутренней частью машины.

Во время работы машины, статор создает вращающееся магнитное поле частотой сетевого напряжения, позволяющее электрической энергии передаваться на ротор. Ротор, в свою очередь, находится в состоянии скольжения, что делает возможным появление электромагнитного поля. В результате такого взаимодействия между статором и ротором, момент двигателя достигается и асинхронная машина начинает работать.

Однако, в начальный момент работы асинхронной машины, ротор находится в состоянии неподвижности или практически не двигается. Это связано с явлением перемагничивания, которое происходит при пуске машины. Для преодоления этого явления используется специальная конструкция пускателей или контактных устройств.

Частотное изменение скольжения между статором и ротором осуществляется с помощью изменения частоты питающей сети. Обычно, достигаются плавное изменение частоты с помощью частотного преобразователя или регулятора. Такая система помогает сделать старт и работу машины более эффективными и безопасными.

Таким образом, принцип работы асинхронной машины заключается в создании вращающегося магнитного поля, которое воздействует на ротор, заставляя его вращаться и преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Электромагнитное взаимодействие в роторе и статоре

В роторе асинхронной машины находятся обмотки, которые представляют собой закрытые контуры из проводников. При пуске и изменении частоты вращения мотора возникает электромагнитное поле, которое зависит от подаваемого напряжения на статор, его частоты и мощности.

Основной элемент статора — это обмотка, которая состоит из нескольких фазных обмоток, соединенных между собой в определенной схеме. На рисунке 2 из лекции представлена трехфазная система, когда обмотки соединены звездой или треугольником. Для увеличения мощности и скорости двигателя используется третья фаза.

В самом же роторе имеются вторичные обмотки, которые вращаются вокруг оси машины под действием магнитных полей, создаваемых статором. Путем соединения этих обмоток с контроллером или пускателем и изменения напряжения и частоты, достигается плавный пуск и регулирование скорости вращения ротора.

Происходит это следующим образом: в роторе, в местах контакта с ротором, имеются щетки, которые соединяются с обмоткой, и таким образом создаются электрические соединения. Возникающий ток приводит к созданию магнитного поля в обмотке ротора, которое вступает во взаимодействие с магнитными полями статора.

Зависимости магнитных полей, создаваемых ротором и статором, способствуют электромагнитному взаимодействию, приводящему к вращению ротора. Магнитное поле воздействует на проводник, создавая в нем силы, которые распределены по его поверхности и способствуют вращению ротора вокруг оси машины.

Особенностью асинхронных электродвигателей является использование явления потокосцепления, которое происходит при изменении магнитного поля в обмотках ротора. Таким образом, изменение магнитного поля сопровождается изменением тока в обмотках ротора, в результате чего возникают силы, вращающие ротор и приводящие к его движению.

Величина этих сил зависит от различных факторов, таких как величина магнитного поля, подаемый на ротор ток и высота воздушного зазора между ротором и статором. Контроль этих факторов осуществляется с помощью контроллера или пускателей, позволяя регулировать скорость и мощность работы машины.

Рисунок 2:	Схема трехфазных обмоток статора
Рисунок 3:	Подшипниковые поверхности ротора

Таким образом, электромагнитное взаимодействие между ротором и статором является основой работы асинхронной машины. Оно позволяет достичь плавного пуска, регулировку скорости и эффективное использование мощности. Зависимости магнитных полей, приводящие к движению ротора, регулируются с помощью вторичных обмоток и контроллеров, обеспечивая надежность и эффективность работы асинхронного двигателя.

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Для подключения асинхронного двигателя к сети используется трехфазная схема подключения — входы фаз соединяются в три точки, образуя звезду. Положение заземления и регулировка потенциалов на входах требуется для того чтобы достигнуть последовательное подключение в розетке. Пусковые устройства для таких двигателей могут быть выполнены разными способами, одним из которых является использование фазосдвигающего пускателя.

Принципиальная схема асинхронного электродвигателя показана на рис.2. В результате переключения возникает последовательное подключение этих обмоток к сети переменного тока. Величина фазосдвигающего пускового устройства регулируется при помощи дросселя, что позволяет управлять пусковыми характеристиками двигателя и обеспечить плавный пуск.

Основными элементами асинхронной машины являются статор и ротор. Статор состоит из сердечника, на котором расположены обмотки, образующие статорные ветви (три для трехфазного двигателя или одна для однофазного). Ротор представляет собой электропроводящий сердечник с закороченными на концах стержнями. Между сердечником ротора и поверхностью корпуса создается магнитное поле. Благодаря этому двигатель начинает вращаться под действием вращающегося поля статора.

Асинхронный двигатель имеет широкое применение в разных областях, таких как промышленность, транспорт, сельское хозяйство и домашнее бытование. Он обладает низкой стоимостью, высокой производительностью и относительно простым устройством, что делает его одним из наиболее популярных типов электродвигателей.

Особенности асинхронной машины

Асинхронные машины имеют несколько особенностей, которые определяют их принцип работы и устройство. Рассмотрим некоторые из них.

1. Рисунок «схемы соединения лап ротора»

Для подключения ротора асинхронной машины используется трехфазное соединение. На рисунке 5 показана схема соединения лап ротора в таком трехфазном подключении.

Рисунок 5. Схема соединения лап ротора

• Рисунок 5 позволяет заметить, что на поверхности ротора имеются замкнутые электрические контуры, которые называются «кольцами перемагничивания» или «беличьим кольцом».
• Подключение ротора осуществляется путем соединения «лап» с регулировочными перемычками разных толщин, которые определяют фазное соединение ротора с изменением потенциалов.

2. Подключение статора асинхронной машины

Асинхронная машина обычно имеет третью обмотку, называемую пусковым кольцом. Пусковое кольцо соединяется со звездой статора и используется для плавного пуска и управления скоростью машины.

В результате прямого подключения машины к трехфазной сети, статор получает электрические потенциалы через звезду, а ротор вращается за счет переноса электродвигателями третьей обмотки.

Отсутствие прямого электрического соединения

Имеется два базовых типа асинхронных двигателей: двигатель с короткозамкнутым ротором и двигатель с обмоткой ротора. В обоих случаях на роторе установлены проводники, которые формируют магнитное поле.

В двигателе с короткозамкнутым ротором проводники представлены стержнями, которые свободно вращаются в подшипниковых отверстиях ротора. Схема подключения такого двигателя может быть выполнена в виде треугольника или звезды. В случае подключения схемы по треугольнику, скорость двигателя будет выше, а мощность ниже. Подключение по звездной схеме обеспечивает более высокую мощность и более низкую скорость.

Устройство двигателя с обмоткой ротора имеет обмотку на поверхности его сердечника. С помощью контроллера или преобразователя частоты можно управлять частотой потокосцепления в обмотке ротора и, таким образом, изменять скорость работы двигателя.

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Пуск асинхронного электродвигателя происходит путем создания вращающегося магнитного полюса в статоре. Для этого используются две трехфазных системы, которые обеспечивают вращение магнитного поля с помощью переключения контактов контроллера или преобразователя частоты.

Отсутствие прямого электрического соединения

Теперь механическое перемещение ротора происходит под воздействием магнитного поля в статоре без прямого электрического соединения.

Рисунок 5: Схема двигателя с обмоткой ротора

Таким образом, в асинхронном электродвигателе отсутствует прямое электрическое соединение между электрической системой и валом, что обеспечивает его уникальные характеристики и принцип работы.

Необходимость во внешнем источнике питания

Широкое наименование для внешнего источника питания асинхронной машины — электродвигатель. В зависимости от применения и требуемой мощности, асинхронные электродвигатели делятся на однофазные и трехфазные. В случае однофазного электродвигателя, включение осуществляется путем использования пусковых устройств, например, пускателей. Такая схема подключения требует дополнительного устройства заземления для обеспечения безопасности.

Вторая категория асинхронных электродвигателей — трехфазные. Для их включения требуется управление токами в трех фазах питающей сети. Вращающийся магнитное поле создается путем изменения частоты токов в трех фазах. Регулировка скорости трехфазного электродвигателя производится путем изменения частоты питающей сети.

Основная причина использования внешнего источника питания в асинхронной машине — это необходимость в магнитном поле, создаваемом током. Для создания магнитного поля требуется электрическая энергия, которая поступает от внешнего источника питания.

1	Асинхронный электродвигатель работает на принципе электромагнитного взаимодействия между статором и ротором.
2	Ток, протекающий через обмотки статора, создает магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, вызывая вращение.
3	Для создания магнитного поля требуется подключение к внешнему источнику питания, который предоставит необходимую электрическую энергию.
4	В случае однофазного электродвигателя требуется использование пусковых устройств, например, пускателей.
5	Для включения трехфазного электродвигателя требуется управление токами в трех фазах питающей сети.
6	Регулировка скорости трехфазного электродвигателя производится путем изменения частоты питающей сети.
7	Основной причиной использования внешнего источника питания является необходимость создания магнитного поля.

Таким образом, асинхронная машина требует внешнего источника питания для создания магнитного поля, необходимого для ее работы. Подключение асинхронной машины к внешнему источнику питания осуществляется через различные схемы подключения, в зависимости от типа электродвигателя и требуемой функциональности.

Конструкция асинхронной машины

Асинхронные машины состоят из трех основных элементов: статора, ротора и корпуса. Статор представляет собой внешнюю обмотку, в которой создается магнитное поле. Ротор представляет собой вращающуюся часть машины, которая имеет намагниченность искусственно или самостоятельно. Корпус служит для защиты внутренних элементов и обеспечения физической прочности машины.

Ротор асинхронной машины может иметь различную конструкцию. Наиболее распространены роторы, оснащенные кольцами короткозамкнутого, разрезанного или индукторного типа. Они могут быть также выполнены с использованием щеток или иных устройств для передачи тока в ротор. Кроме того, могут использоваться элементы, имеющие намагниченность постоянного или переменного потенциалов.

Подключение статора асинхронной машины отличается в зависимости от требуемого режима работы. Наиболее часто применяемыми способами подключения являются: треугольником, звездой и полумоста. Каждый способ подключения обеспечивает определенные характеристики работы машины.

Внутри корпуса асинхронной машины располагаются обмотки статора и ротора. Обмотка статора обладает большим числом витков и образует магнитное поле, которое взаимодействует с ротором. Ротор, в свою очередь, имеет меньшее число витков и вращается под действием этого магнитного поля.

Контактные поверхности между статором и ротором обеспечивают передачу электрических токов между этими элементами. Они должны быть изолированными друг от друга. Заземление используется для защиты от перенапряжений.

Корпус асинхронной машины может быть выполнен из различных материалов, например, из металла или пластика. Основной функцией корпуса является защита внутренних элементов от внешних воздействий, а также обеспечение эффективного охлаждения.

В итоге, асинхронные машины имеют различные конструкции и особенности, в зависимости от требований к их работе. Именно конструкция определяет возможности и характеристики машины, а также позволяет достичь лучших результатов в работе двигателя.

Статор

Посредством вращения статора создается вращающееся магнитное поле, которое воздействует на ротор асинхронной машины. Ротор, в свою очередь, имеет вторичные обмотки и преобразует механическую энергию в электрическую. Заземленный ротор помогает устранить пульсации и снизить скольжение, что исключает трение и износ.

Таким образом, статор является ключевой частью асинхронной машины, которая обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую, а также позволяет управлять скоростью и направлением вращения.

Ротор

Устройство ротора для асинхронных электродвигателей отличается от устройства ротора синхронных электродвигателей. Если в синхронном электродвигателе ротор представляет собой блок обмотки соединений, осуществляющих потокосцепление с внутренней обмоткой статора, то в асинхронном электродвигателе помощью ротора управлять осуществляется от сети через регулировочные адфр реле.

Трехфазный асинхронный двигатель

Подключение трехфазных обмоток статора и ротора осуществляется по схеме звезды или треугольника. В обозначении трехфазного асинхронного электродвигателя используется обозначение звезды и треугольника. В рис.3 показана схема включения трехфазной обмотки ротора асинхронной машины и ее обозначение с помощью звезды и треугольника.

Пуск асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели с постоянными магнитами

Основной принцип работы асинхронного двигателя с постоянными магнитами заключается в том, что электрические токи, протекающие через трехфазные обмотки статора, создают вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянным магнитным полем, созданным постоянными магнитами, и порождает вращение ротора двигателя.

Асинхронные двигатели с постоянными магнитами обычно имеют короткозамкнутую роторную обмотку. В таких двигателях моментом сопротивления служит магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, а моментом двигателя является разность между этим магнитным полем и магнитным полем, создаваемым токами в роторной обмотке. Такая конструкция способствует плавному пуску двигателя и позволяет достичь высокой энергоэффективности и высокого крутящего момента.

На рисунке 3 приведена принципиальная схема асинхронного двигателя с постоянными магнитами. В корпусе двигателя имеются подшипники, через которые соединен вал ротора.

Для питания такого двигателя требуется трехфазное соединение. В случае однофазного питания можно использовать двухфазную схему, как показано на рисунке 5.

Асинхронные двигатели с постоянными магнитами также могут быть выполнены в виде двигателей без коробки передач. В этом случае вал двигателя соединяется с приводным механизмом без использования коробки передач, что упрощает конструкцию и способствует плавному пуску двигателя.

Принцип работы

Основная часть асинхронной машины состоит из сердечника, наружной и внутренней обмоток, а также валу и подшипниковых лап. В сердечнике расположены стержни, которые образуют магнитное поле при подаче тока на обмотку.

Для управления асинхронной машиной используется трехфазная сеть переменного тока. Каждая из обмоток подключена к соответствующей фазе сети. Схема подключения обмоток может быть выполнена в виде замкнутых треугольников или соединений «звезда».

Принцип работы асинхронной машины заключается в следующем: при подаче переменного тока на статорную обмотку возникает вращающееся магнитное поле, которое создает вращение вала и позволяет двигателю работать. При этом, вращение вала происходит со скольжением относительно скорости вращающегося поля.

Управление скоростью вращения асинхронного двигателя достигается путем изменения частоты и амплитуды переменного тока, поступающего на статорную обмотку. Для этого используется преобразователь частоты или другие устройства управления.

На рисунке 3 показана принципиальная схема асинхронной машины с подключением обмоток по схеме «звезда».

Конструкция асинхронной машины также включает подшипниковые узлы для поддержания вала в положении, наиболее благоприятном для вращения. Обычно используются два подшипника — один на входной стороне и другой на выходной стороне двигателя.

Регулировка поля и скорости вращения двигателя достигается путем перемагничивания сердечника, изменения числа витков обмотки или использования других методов, таких как плавный пуск и остановка.

Преимущества и недостатки

Однако есть и недостатки. Во-первых, асинхронные машины имеют ограничения в скорости вращения, особенно при низкой частоте питающего напряжения. Это означает, что они не подходят для приложений, где требуется высокая скорость вращения. Во-вторых, асинхронные машины имеют ограниченный диапазон регулирования скорости, поскольку они могут работать только с определенными частотами питания. В-третьих, электродвигатели требуют пусковых устройств, которые могут быть дополнительными затратами и сложностью в управлении. Наконец, асинхронные машины могут создавать электромагнитные помехи, которые могут влиять на работу других электронных устройств или сетей.

Видео:

Магнитный двигатель. Обзор известных магнитных моторов их схемы

Магнитный двигатель. Обзор известных магнитных моторов их схемы by ASUTPP 480,826 views 3 years ago 10 minutes, 11 seconds