po  

Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, которая обычно и применяется в качестве двигателя. Асинхронная машина - это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от от угловой скорости поля. Иными словами, ротор стремится догнать магнитное поле статора, но не успевает за ним, и его скорость всегда меньше скорости магнитного поля статора. Равенством скоростей ротора и магнитного поля статора обладают другие двигатели, получившие название синхронных.
Асинхронная машина была изобретена М.О. Доливо-Добровольским в 1888г., и до нашего времени сохранила, в основном, ту простую форму, которую ей придал русский изобретатель. Причины широкого распространения асинхронного двигателя(и, собственно, 3-х фазной системы) - его простота и дешевизна. В своей основе двигатель состоит из 3-х неподвижных катушек(обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой, вращающейся катушки.
Асинхронный двигатель может исполняться в однофазном, двухфазном и трехфазном исполнении. Конструктивно двигатель состоит из статора и ротора.
статоркатушки статораСтатор состоит из литого корпуса цилиндрической формы (см. рис.1а). Внутри статора располагается магнитопровод с вырубленными пазами, в которые укладывается статорная обмотка. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку и могут быть соединены как треугольником, так и звездой и подключаются к трехфазной сети. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. Токи в фазных обмотках возбуждают в двигателе вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсов р, равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Это достигается взаимным расположением фазных обмоток, при котором их катушечные группы сдвинуты по окружности статора относительно катушечных групп соседней фазной обмотки на угол 120°/р. Например, для обмотки четырехпоолюсной машины (р=2) этот угол равен 60° (см. рис.1б). Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запресовываются подшипники вала ротора. Ротор состоит из стального вала с напресованным в него магнитопроводом.
По конструкции роторов двигатели делятся на две группы. Первая - с короткозамкнутым ротором, вторая - с фазным. У двигателя с короткозамкнутым ротором в пазы заливаются алюминиевые стержни и накоротко замыкаются по торцам - так называемое "беличье" колесо (рис.2). У 3-х фазного имеются три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток присоединены к кольцам, закрепленным на валу (рис.3). К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки, к которым подключаются сопротивления. В начальный момент пуска ротор находится в заторможенном состоянии, затем сопротивление уменьшают и двигатель плавно запускается, что позволяет снизить пусковой ток.
К обмоткам статора подводится 3-х фазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемого системой 3-х фазного тока.
Особенностью короткозамкнутого асинхронного двигателя является наличие постоянной частоты вращения поля статора, определяемой числом пар полюсов.
Если поменять местами любые две фазы, то возникнет поле обратной последовательности и ротор начнет вращаться в другую сторону.
Именно таким образом осуществляется реверсирование 3-х фазных асинхронных двигателей переменного тока.
подключение 2-х фазного двигателя

Двухфазные асинхронные двигатели (или однофазные с конденсаторным пуском). Фактически двигатель запитывается от одной фазы. Но напряжение на второй обмотке смещено по фазе из-за подачи на нее напряжения через конденсатор. Поэтому, если их назвать однофазными с конденсаторным пуском, то тоже будет правильно. Они помимо обмотки, включаемой непосредственно в сеть, имеют вторую обмотку, присоединяемую последовательно с тем или другим фазасдвигающим устройством (конденсатором, катушкой индуктивности. Наиболее выгодным является применение не третьей запускающей обмотки, а конденсатора, и соответствующие двигатели называют конденсаторными (рис.1)
В пазах статора подобных двигателей размещают две фазные обмотки, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 90°.

умные часы

Таким путем выполняется условие получения вращающегося магнитного поля - наличие двух переменных магнитных потоков, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе. Если емкость конденсатора подобрана так, что круговое магнитное поле создается при пуске двигателя, то при номинальной нагрузке изменение тока второй обмотки вызовет изменение напряжения на конденсаторе, а следовательно, и напряжения на второй обмотке по значению и фазе. В результате вращающееся магнитное поле станет эллиптическим (при вращении поток будет пульсировать), что обусловит уменьшение вращающего момента. По окончании пускового тока и переходе к рабочему необходимо отключить дополнительный конденсатор. Это может быть получено автоматически центробежным выключателем, срабатывающим, когда частота вращения достигнет 75...80% номинальной либо воздействием реле времени.

Двухфазные и однофазные асинхронные двигатели

 

 

Если у статора двигателя только одна однофазная обмотка, то переменный ток в ней будет возбуждать в машине(пока ее ротор неподвижен) переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индуктировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создаст электромагнитные силы, противоположно напрвленные в правой и левой половинах ротора, так что результирующий момент, действующий на ротор, окажется равным нулю, т.е. такой двигатель сам с места тронуться не сможет.
Применяют два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, начального пускового момента, в соответствии с чем эти двигатели делятся на двухфазные и однофазные.

читать далее...

Применяются двухфазные двигатели в различных автоматических устройствах. Частота вращения или вращающий момент регулируется изменением действующего значения или фазы напряжения на одной из обмоток. Такие двигатели вместо обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой имеют ротор в виде полого тонкостенного алюминиевого цилиндра ("стаканчика"), вращающегося в узком воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным сердечником из листовой стали. Двигатели с таким ротором обладают ничтожной инерцией, что практически очень важно при регулировании некоторых производственных процессов.
Однофазные асинхронные двигатели. Такие двигатели не развивают начального пускового момента. Но если его ротор раскрутить в любую сторону при помощи внешней силы, например, руками, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно. Сходные условия создаются у трехфазного двигателя при обрыве одной из питающих фаз. В таких условиях трехфазный двигатель продолжает работать. При этом во избежание сильного нагрева двух обмоток, остающихся включенными, необходимо, чтобы нагрузка двигателя не превышала 50...60% номинальной.
Работу однофазного двигателя можно объяснить, рассматривая переменное магнитное поле как результат наложения двух магнитных полей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой скоростью. Амплитудные значения магнитных потоков этих полей Ф1м и Ф2м одинаковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины, т.е Ф1м = Ф2м = Фм/2.
график магнитных потоков однофазного двигателяПростое графическое построение (рис.4) показывает, как в результате сложения двух одинаковых магнитных потоков Ф1м и Ф2м, вращающихся в противоположные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидальному закону:
Ф = Фм*sinωt. В однофазном двигателе это справедливо до тех пор, покаротор неподвижен. рассматривая переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимися полями, создают два одинаковых вращающих момента, напрвленных в противоположные стороны и уравновешивающих друг друга. Равенство двух моментов нарушится, если привести ротор во вращение в любом напрвлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый полем, вращающимся в ту же сторону, что и ротор (прямым полем), становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (обратным полем), благодаря чему ротор может не только сам вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.
Задача пуска в ход однофазного двигателя решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, рассчитанная на кратковременное включение и отключаемая по окончании пуска. Раньше такие двигатели повсеместно устанавливали на стиральных машинах. Интересующиеся могут посмотреть раздел "Схемы старых стиральных машин".
А мы в заключение приведем справочные данные основных параметров некоторых серий асинхронных двигателей.

Предельные значения основных параметров асинхронных двигателей
Серия электродвигателей Номинальная мощность Рн, кВт Номинальное напряжение Uн, В cosφ КПД, % Номинальная частота вращения, об/мин Увеличение пускового тока по отношению к рабочему (кратность)
А
1 - 10
7 - 75
55 - 200
200
500 - 800
220; 380
380
380
6000
6000
0,86 - 0,89
0,81 - 0,88
0,80 - 0,87
0,875
0,88 - 0,90
79,0 - 87,5
86,0 - 92,0
90,2- 93,6
90,0
93,0 - 93,5
2850 - 2890
970 - 980
575 - 590
985
985
6 - 7
4,5 - 5,5
4,3 - 5,2
6,6
4,5 - 5,3
АО( АОЛ)
0,4 - 7
10 - 100
320
400 - 630
250 - 400
220; 380
380
380
6000
6000
0,86 - 0,89
0,88 - 0,90
0,9
0,88 - 0,89
0,81 - 0,82
79,0 - 87,5
87,5 - 92,0
94,5
92,5 - 93,5
91,0 - 92,5
2850 - 2900
1460 - 1470
1480
985
590
6 - 7
6,5 - 7
6,3
5,3 - 6,1
5 - 5,7
АН
1000 - 2000
200 - 1250
6000
6000
0,87 - 0,88
0,67 - 0,79
94,4 - 95,2
91,0 - 94,5
990
365 - 370
6 - 6,5
3,9 - 5
ДАЗО (односкоростные)
1600
6000
0,82
93,0
596
5,3
А2
17 - 125
7,5 - 45
220; 380
220; 380
0,88 - 0,90
0,78 - 0,87
88,0 - 94,0
85,0 - 92,0
2940 - 2950
730 - 735
7
7
АО2 (АОЛ 2)
0,8 - 100
220; 380
0,86 - 0,92
78,0 - 91,5
2940 - 2950
7
ДАЗО (двухскоростные)
320 - 135
400 - 170
380
6000
0,90 - 0,82
0,85 - 0,72
92,0 - 90,0
90,0 - 87,0
989/742
992/745
5,3 - 5,5
6,4 - 6,7