Какво е индукционен двигател и как работи

Индукционният мотор е прост и надежден и затова много често се използва в производството и в домакинските уреди, от задвижването на клапана до въртенето на барабана в пералнята. В тази статия ще ви разкажем с прости думи за това какво представляват асинхронните електродвигатели, какво е това и как работи този тип електрически машини.

видове

Индукционните двигатели (AM) са разделени на две основни групи:

• клетка ротор за клечка
• с фазов ротор.

Ако пропуснем нюансите, разликата е, че моторът на роторната клетка няма четки и изразени намотки, той е по-малко взискателен при поддръжката. Докато в асинхронните двигатели с фазов ротор има три намотки, свързани към хлъзгащи пръстени, токът от които се отстранява с четки. За разлика от предишния, по-добре е да се контролира въртящият момент на вала и е по-лесно да се осъществи плавен старт, за да се намалят ударните токове.

Останалите двигатели класифицират:

• по броя на фазите на захранване - еднофазна и двуфазна (използвана в ежедневието, когато се захранва от 220V мрежа), и трифазна (най-широко използвана в производството и в цеховете).
• чрез закрепване - фланец или на лапи.
• по режим на работа - за дълъг, краткосрочен или многократно краткосрочен режим.

И редица други фактори, които влияят върху избора на конкретен продукт за употреба при специфични условия.

За еднофазните електродвигатели може да се каже много: някои от тях се стартират чрез кондензатор, а някои изискват старт и работоспособност. Има и опции с късо съединение, които работят без кондензатор и се използват например в качулки. Ако се интересувате, пишете в коментарите и ние ще напишем статия за това.

приспособление

По дефиниция „асинхронен“ се отнася до променлив двигател, при който роторът се върти по-бавно от магнитното поле на статора, тоест асинхронно. Но това определение не е твърде информативно. За да го разберете, трябва да разберете как е проектиран този двигател.

Индукционен двигател, като всеки друг, се състои от две основни части - ротор и статор, „За манекените“ в електричеството дешифрираме:

• Статорът се нарича неподвижната част на всеки генератор или електромотор.
• Роторът се нарича въртяща се част на двигателя, която задвижва механизмите.

Статорът се състои от корпус, чиито краища са затворени с лагерни екрани, в които са монтирани лагерите. В зависимост от предназначението и мощността на двигателя се използват плъзгащи или подвижни лагери. Ядрото е разположено в корпуса, върху него е инсталирана намотка. Нарича се намотка на статора.

Тъй като токът се редува, за да намали загубите поради бездомни токове (Токове Фуко) сърцевината на статора е изтеглена от тънки стоманени плочи, изолирани една от друга по скала и свързани с лак.Захранващо напрежение се подава към намотките на статора, токът, протичащ в тях, се нарича ток на статора.

Броят на намотките зависи от броя на фазите на захранване и дизайна на мотора. Така трифазен двигател има поне три намотки, свързани чрез звезда или триъгълник верига. Техният брой може да е по-голям и това се отразява на скоростта на въртене на вала, но за това ще говорим по-късно.

Но с ротора нещата са по-интересни, както вече споменахме, може да бъде или късо съединение, или фаза.

Ротор с клетка за катерици е набор от метални пръти (обикновено алуминиеви или медни), на фигурата по-горе те са обозначени с числото 2, запоени или запълнени в сърцевината (1), затворени с пръстени (3). Този дизайн прилича на колело, в което се движат опитомени гризачи, поради което често се нарича „клетка за катерици“ или „колело на катерица“ и това име не е сленг, а е доста литературно. За да се намалят по-високите хармоници на ЕРС и пулсацията на магнитното поле, прътите се полагат не по дължината на вала, а под определен ъгъл спрямо оста на въртене.

Фазовият ротор се различава от предишния по това, че вече има три намотки, както при статор. Началото на намотките е свързано с пръстените, обикновено медни, те се притискат към вала на двигателя. По-късно ще обясним накратко защо са необходими.

И в двата случая единият от краищата на вала е свързан към механизъм, задвижван от движение, той е с конусна или цилиндрична форма с или без канали, за да инсталирате фланец, ролка и други механични задвижващи части.

Работно колело, необходимо за издухване и охлаждане, е фиксирано върху „задната“ част на вала, а върху корпуса над работното колело се поставя корпус. По този начин студен въздух се насочва по краищата на индукционния двигател, ако това работно колело по някаква причина не се върти, той ще прегрее.

Дизайнът на първия индукционен двигател е разработен от M.O. Доливо-Доброволски и той го патентова през 1889 г. Без никакви промени то е оцеляло до наши дни.

Принцип на работа

Асинхронните електрически машини често се наричат ​​индукция, това се дължи на техния принцип на работа. Всеки електродвигател се задвижва в въртене в резултат на взаимодействието на магнитните полета на ротора и статора, както и поради силата на Ампер. Магнитно поле от своя страна може да съществува или около постоянен магнит, или около проводник, през който тече ток. Но как точно работи асинхронната машина?

В индукционния двигател, за разлика от другите, няма възбуждане на намотка сама по себе си, докато има магнитно поле? Отговорът е прост: индукционният мотор е трансформатор.

Разгледайте принципа на неговото действие на примера на трифазна машина, тъй като именно те се срещат по-често от другите.

На фигурата по-долу виждате местоположението на намотките върху сърцевината на статора на трифазен асинхронен двигател.

В резултат на потока на трифазен ток се появява въртящо се магнитно поле в намотките на статора. Поради фазовото изместване токът тече или в едната, или в другата намотка, в съответствие с това има магнитно поле, полюсите на което са насочени според правилото на дясната ръка. И в съответствие с промяната на тока в една или друга намотка, полюсите се изпращат в съответната посока. Както илюстрира следната анимация:

В най-простия (двуполюсен) случай намотките се подреждат по такъв начин, че всяка от тях се измества със 120 градуса спрямо предходната, какъвто е фазовият ъгъл на напрежението в променливата мрежа.

Скоростта на въртене на магнитното поле на статора се нарича синхронна. Научете повече за това как се върти и защо ще научите от следващото видео. Обърнете внимание, че при двуфазни (кондензаторни) и еднофазни двигатели - той не е въртящ се, а елиптичен или пулсиращ, а намотките не са 3, а 2.

Ако помислим за асинхронен двигател с ротор с клетка-клетка, магнитното поле на статора предизвиква ЕМП в прътите му, тъй като те са затворени, тогава тече ток.Поради това възниква и магнитно поле.

В резултат на взаимодействието на две полета и Амперна силадействайки върху ротора, той започва да се върти след въртящото се магнитно поле на статора, но в същото време винаги изостава леко зад скоростта на въртене на МП на статора, това изоставане се нарича приплъзване.

Ако скоростта на въртене на магнитното поле се нарича синхронна, то скоростта на въртене на ротора вече е асинхронна, от което той получи това име.

При AD с фазов ротор нещата са подобни, само че към пръстените му е свързан реостат, който след влизането на двигателя в работен режим се отстранява от веригата и намотките се късо съединяват. Това е показано на диаграмата по-долу, но вместо реостат се използват постоянни резистори, свързани или превключени от контактори KM3, KM2, KM1.

Този подход позволява плавен старт и намаляване на токовете на натиск чрез увеличаване на активното електрическо съпротивление на ротора.

Да обобщим:

1. Токът в намотките на статора генерира магнитно поле.
2. Магнитното поле води до ток в ротора.
3. Токът в ротора води до появата на поле около него.
4. Тъй като полето на статора се върти, заради полето си, роторът започва да се върти зад него.

Скорост на плъзгане и въртене

Честотата на въртене на магнитното поле на статора (n1) е по-голяма от честотата на въртене на ротора (n2). Разликата между тях се нарича хлъзгане и се обозначава с латинската буква S и се изчислява по формулата:

S = (n1-n2) * 100% / n1

Плъзгането не е недостатък на този електродвигател, защото ако неговият вал се завърти със същата честота като магнитното поле на статора (синхронно), тогава в прътите му няма да се индуцира ток и той просто няма да се върти.

Сега за една по-важна концепция - скоростта на въртене на ротора на индукционен двигател. Зависи от 3 стойности:

• честота на захранващото напрежение (f);
• броят на двойки магнитни полюси (p);
• приплъзване (S).

Броят на двойките магнитни полюси определя синхронната скорост на въртене на полето и зависи от броя на намотките на статора. Плъзгането зависи от натоварването и конструкцията на конкретен електродвигател и се намира в рамките на 3-10%, тоест асинхронната скорост е много малко по-малка от синхронната. Е, честотата на променливия ток е фиксирана на 50 Hz.

Следователно скоростта на въртене на вала на индукционен двигател е трудно да се регулира, можете да повлияете само на честотата на мрежата, тоест чрез настройка честотен преобразувател, Възможно е да се понижи напрежението на статора, но след това мощността на вала намалява, въпреки това, такава техника се използва при стартиране на AM с превключване на намотките от звезда към делта, за да се намалят ударните токове.

Честотата на въртене на полето на статора (синхронна скорост) се определя по формулата:

n = 60 * f / p

Така че при двигател с един чифт магнитни полюси (два полюса) синхронната скорост е:

60 * 50/1 = 3000 об / мин

Най-често срещаните опции за електродвигатели с:

• един чифт стълбове (3000 оборота в минута);
• две (1500 об / мин);
• три (1000 об / мин);
• четири (750 об / мин).

Действителната скорост на ротора ще бъде малко по-ниска, на истински индукционен двигател това е посочено на табелката с данни, например тук - 2730 об / мин. Въпреки това, хората ще наричат ​​такъв асинхронен двигател според синхронна скорост или просто "три хиляди метра".

Тогава фишът му е равен:

3000-2730*100%/3000=9%

Обхват на приложение

Асинхронен електродвигател намери приложение във всички области на човешката дейност. Тези, които се захранват от една фаза (от 220V), могат да бъдат намерени в задвижващи механизми с ниска мощност или в домакински уреди и инструменти, например:

• в пералня от типа "бебе" и други стари съветски модели;
• в бетонен смесител;
• във вентилатора;
• в квартала;
• и дори в косачки за трева от горния ценови сегмент.

В производство в трифазни мрежи:

• автоматични вентили;
• повдигащи механизми (кранове и лебедки);
• вентилация;
• компресори;
• Помпи
• машини за дърво и металообработка и др.

AD се използва и в електрическите превозни средства, а наскоро в интернет активно се рекламират асинхронен мотор с намотка от тип Славянка и така нареченото моторно колело Дуюнов, което можете да разберете от видеоклипа на програмиста.

Обхватът на асинхронните двигатели е толкова голям, че самият списък ще бъде по-дълъг от този член, така че всеки електротехник трябва да знае как е подреден, за какво е предназначен и къде се използва. За да обобщим и изброим плюсовете и минусите на тези устройства.

Професионалисти:

1. Проста конструкция.
2. Ниска цена.
3. Почти няма поддръжка.

Основният недостатък е трудността при регулиране на скоростта в сравнение със същите двигатели с постоянен ток или универсални колекторни машини. Съответно е трудно да се организира плавно стартиране на големи машини и по-често това се прави с помощта на скъп честотен преобразувател.

Тук приключваме с разглеждане на индукционните двигатели и техния обхват. Надяваме се, че след като прочетете статията, ще разберете какво е и как работи тази електрическа машина!

Свързани материали:

• Как да изберем честотен преобразувател за мощност и ток
• Разликата между променлив и постоянен ток
• Фазово и линейно напрежение